隨著電子技術、計算機技術、數控技術和機器人技術的發展,自動弧焊機器人工作站自20世紀60年代用於生產以來已日趨成熟,具有以下優點:
1)穩定和提高焊接質量;
2)提高勞動生產率;
3)提高工人的勞動強度,可以在有害環境下工作;
4)降低了對工人操作技術的要求;
5)縮短產品升級的準備期,減少相應的設備投資。
因此在各行各業都得到了廣泛的應用。
形式
焊接機器人主要包括機器人和焊接設備。機器人由機器人本體和控制櫃(硬件和軟件)組成。焊接設備,如電弧焊和點焊,由焊接電源,(包括其控制系統)、送絲機(電弧焊)、焊槍(鉗子)等部分組成。智能機器人還應該有傳感系統,如激光或攝像傳感器及其控制裝置。
結構形式和性能
世界上生產的焊接機器人基本都是關節型機器人,大部分都是六軸的。其中1、2、3軸可以將末端刀具送到不同的空間位置,而4、5、6軸可以滿足刀具姿態的不同要求。焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式:壹種是平行四邊形結構,另壹種是側(擺)形結構。側(擺)結構的主要優點是上下臂運動範圍大,使得機器人的工作空間幾乎是壹個球體。因此,這種機器人可以在框架上倒立工作,節省占地面積,方便地面物體的流動。然而,這種橫向機器人的第二和第三軸是懸臂結構,這降低了機器人的剛度。壹般適用於負載較小的機器人,用於電弧焊、切割或噴塗。平行四邊形機器人的上臂由拉桿驅動。拉桿和下臂形成平行四邊形的兩條邊。因此得名。早期開發的平行四邊形機器人工作空間比較小(局限於機器人的前方),很難進行倒立工作。而80年代後期以來發展起來的壹種新型平行四邊形機器人(並聯機器人),能夠將工作空間擴展到機器人的上、後、下,不存在測量機器人剛度的問題,因此得到了普遍關註。這種結構不僅適用於輕型機器人,也適用於重型機器人。近年來點焊用的機器人(負載100 ~ 150 kg)多為平行四邊形機器人。
以上兩個機器人的各軸都處於旋轉運動中,所以采用伺服電機通過擺線針輪(RV)減速器(1 ~ 3軸)和諧波減速器(1 ~ 6軸)來驅動。在20世紀80年代中期之前,DC伺服電機用於電動機器人,自20世紀80年代後期以來,各國已改用交流伺服電機。由於交流電機無碳刷,動態特性好,新型機器人不僅事故率低,而且免維護時間大大增加,加速(減速)快。壹些新型輕型機器人負載在16kg以下,刀具中心點(TCP)移動速度最高可達3m/s以上,定位準確,振動小。同時,機器人的控制櫃也改為32位微機和新算法,使其具有路徑自尋優功能,運行軌跡更接近示教軌跡。
點焊機器人的特點點焊機器人的基本功能
點焊對焊接機器人的要求不是很高。因為點焊只需要點控制,所以對焊鉗在點之間的移動軌跡沒有嚴格的要求,這也是機器人最早只能用於點焊的原因。點焊機器人不僅要有足夠的負載能力,而且在從壹點移動到另壹點時要快速、穩定、準確,以減少移動的時間,提高速度。工作效率高。點焊機器人需要多大的負載能力取決於所用焊鉗的類型。對於與變壓器分離的焊鉗,負載30 ~ 45 kg的機器人就足夠了。但這種焊鉗壹方面由於二次電纜長,功耗大,不利於機器人將焊鉗伸入工件內進行焊接;另壹方面,電纜隨著機器人的移動不斷擺動,電纜很快損壞。因此,目前集成式焊鉗逐漸增多。這個焊鉗和變壓器的質量約為70kg。考慮到機器人要有足夠的負載能力,能以較大的加速度將焊鉗送到空間進行焊接,壹般選擇負載100 ~ 150 kg的重型機器人。為了滿足連續點焊時焊鉗短距離快速移動的要求。新型重型機器人具有在0.3s內完成50mm位移的功能,這對電機的性能、微機的運算速度和算法提出了更高的要求。
點焊機器人的焊接設備
點焊機器人的焊接設備采用壹體式焊鉗,焊接變壓器安裝在焊鉗後面,所以變壓器必須盡可能小型化。對於小容量的變壓器,可采用50Hz工頻交流電,而對於大容量的變壓器,已采用逆變技術將50Hz工頻交流電變為600 ~ 700 Hz交流電,以減小和減輕變壓器的體積。改造後可直接用600 ~ 700 Hz交流電焊接,也可二次整流後用直流電焊接。焊接參數由定時器調整。新的計時器已經電腦化,所以機器人控制櫃可以直接控制計時器,不需要額外的接口。點焊機器人的焊鉗壹般采用氣動焊鉗,氣動焊鉗兩個電極之間的開口壹般只有兩個行程。而且電極壓力壹旦設定,就不能隨意更改。近年來,出現了壹種新型的電動伺服點焊機。焊鉗的開合由伺服電機驅動,並由編碼器反饋,可以根據實際需要任意選擇和預設焊鉗的開度。而且電極之間的壓力可以無級調節。這種新型電動伺服點焊鉗具有以下優點:
1)每個焊點的焊接周期可以大大縮短,因為焊鉗的張開度由機器人精確控制,機器人從壹點移動到另壹點時焊鉗可以閉合;稍微焊接壹下,焊鉗打開,機器人就可以同時移動。不需要等到機器人就位後,焊鉗才關閉,或者機器人在焊鉗完全打開後移動。
2)焊鉗的開度可以根據工件的情況隨意調整,只要在不碰撞不幹涉的情況下盡量減小開度,節省焊鉗的開度,節省焊鉗開合所占用的時間。
3)當焊鉗閉合加壓時,不僅可以調節壓力,而且閉合時兩個電極略微閉合,減少沖擊變形和噪音。
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