焊接机器人技术现状与趋势

[摘 要]本文主要从国内外工业机器人的发展、我国焊接机器人应用现状、焊接机器人系统研究、焊接机器人的发展及趋势等方面进行分析.

[关 键 词]焊接机器人；系统；发展趋势

中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）27-0018-01

一、前言

随着国内外对科学技术的不断重视,机器人研究水平也是科技水平中非常具有代表性的一种.焊接机器人在国内外的应用越来越广泛,越来越受到重视.

二、国内外工业机器人的发展

机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段,它在提升企业技术水平、稳定产品质量、提高生产效率、实现文明生产等方面具有重大作用.大工业革命曾使人沦落为机器的奴隶,而机器人的诞生和广泛推广应用又重新使人类恢复了尊严.

美国是最早出现工业机器人的国家,1954年美国的G.C.戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文,第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念.1959年美国Unimate公司推出第一台工业机器人.1967年日本从美国引进Unimate和Versatran等类型的工业机器人以后,结合国情,面向中小企业,采取一系列鼓励使用工业机器人的措施,率先在汽车制造业的喷涂、焊接、装配等重要工序中得到应用.并以此为契机,向其它产业渗透.

在我国,人工焊接仍然占据焊接作业的主导地位,人工施焊时焊接工人经常会受到心理、生理条件变化以及周围环境的干扰.在恶劣的焊接条件下,操作工人容易疲劳,难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性,而焊接机器人则工作状态稳定,不会疲劳.随着国外及国内对工业机器人在焊接方面的研究应用,我国也开始了焊接机器人的研究应用.在引进国外技术的基础上,中国于20世纪70年代末开始研究焊接机器人.1985年哈尔滨工业大学研制成功我国第一台HY-1型焊接机器人.1989年北京机床研究所和华南理工大学联合为天津自行车二厂研制出了焊接自行车前三脚架的TJR-G1型弧焊机器人,为“二汽”研制出用于焊接东风牌汽车系列驾驶室及车身的点焊机器人.上海交通大学研制的“上海1号”、“上海2号”示教型机器人也都具有弧焊和点焊的功能.20世纪节式机器人.1999年北京机械工业自动化研究所机器人中心研制的AW-600型弧焊机器人工作站,采用PC工控机控制和PMAC可编程多轴控制系统,于1999年4月通过了国家机械工业局的鉴定.1999年7月15日,国家863计划智能机器人主题专家验收通过了由“一汽”集团、哈尔滨工业大学和沈阳自动化研究所联合开发的H-100A型点焊机器人.

三、我国焊接机器人应用现状

我国目前的焊接机器人以引进为主,尤其是弧焊机器人,大约占95%左右,而国产弧焊机器人由于元器件质量及配套技术等诸多因素,一直未能主导国内焊接机器人市场.因此在焊接机器人应用技术中反映出的问题,基本上源于进口焊接机器人的特定背景.在80年代后期开始引进的第一批弧焊机器人的厂家,基本上是零星购进,由于经验不足,国内基础技术条件不成熟,缺乏配套的机器人周边设备,技术人员素质较低以及缺乏科学和有效的管理,致使在焊接机器人引进初期,在实际生产中未能充分发挥作用的现象比较普遍.

经过几年的摸索实践,进入90年代初期以来进臼焊接机器人的大多数厂家基本上注意到了这些问题,大都随机器人本体购置了比较完善了的设备,如变位机、移动回转装置以及部分传感系统,并注意到购进后与厂商维持技术怎么写作、人员培一训、管理方法等基本环节.同时开展与国内科研院、所及高等院校的技术合作,委托或配合进行焊接机器人设备的功能开发、软件编程等工作,使得近年来的焊接机器人应用具有一定的成效和积极影响.

焊接机器人系统的操作编程开发.这里主要是指对焊接机器人系统的操作性与离线编程功能的开发.大部分应用单位都已注意到熟练操作焊接机器人并尽可能地通过软件编程开发其功能的重要性.对于初次引进焊接机器人的单位,进行这项工作的实际而有效的途径是首先要充分利用制造厂商的售后技术怎么写作,抓住本单位操作技术人员的培训环节,仔细研读随机技术文件,熟练实际操作.同时注意与有经验、有开发实力的厂、所及高校联合,缩短机器人的安装调试周期,使其尽快投入正常运行.这些作法在许多较为成功的引进开发使用单位都具有深刻体会.如北京永茂塔机塔架铰点焊接开发应用实践.

四、焊接机器人系统研究

1.系统结构

系统控制器由计算机控制、PLC控制和机器人控制器控制等方式组成.除了控制机器人动作外,还进行输人输出控制等.主控部分按照示教盒提供的信息生成工作程序,并对程序进行运算,算出各轴的运动指令,交给伺服驱动,伺服驭动部分将从主控来的指令进行处理,产生伺服驭动电流.驱动伺服电机,KUKA采用内置PLC,其主要进行输人输出控制,控制在机器人进行作业的时候,通过输人输出接口,给焊机发出焊接指令,并监控焊机的工作情况,同时还可对周边装置进行控制.

2.控制原理分析（驱动系统）

驱动系统采用机电一体化设计、所有轴都是由数字化交流伺服电机驱动,交流伺服驱动系统有过载、过流、缺相、超差等各种保护,性能安全可靠先进的设计令机器人能够高速、精确、稳定的运行,并易于维护.机器人运动的孰迹十分精确、重复定位精度小于0.5mm.机器人手臂的每个关节都可当作一个简单的伺服机构,每个关节控制都有一个伺服环,以提供位置误差信息.机器人采用了独立关节的PID伺服控制.机器人具有非线性特点,即惯性力、关节间的耦联及重力均与机器人的位姿或速度有关,是变化的,但伺服系统的反馈系数是确定不变的,因此这种控制方法难于保证在高速、变速或变载荷情况下的精度.由于工业机器人在工业环境下,对其快速性与变载负荷都有严格要求,固在控制方法上仍采用传统的单关节PID控制,从设计方便考虑,我们选择相应的集成驱动芯片,实现单性可逆驱动,利用单片定时器产生PWM脉冲调制信号,检测元件为旋转变压器,检测信号转换后送入关节控制器,并与控制器中的设定参数比较,产生偏差信号,控制驱动器驱动电机.

如果要让一个以上的关节同时运动,那么各运动关节的力和力矩会产生互相作用,而且能对每个关节适当地应用位置控制器、速度控制器、加速度控制器.因此,要克服这种相互作用,就必须附加补偿.要确定这种补偿,就需要分析机器人的动态特征,对各关节间的耦合和补偿.

五、焊接机器人的发展及趋势

据不完全统计,怎么写作于焊接加工领域的焊接机器人占全世界在役的工业机器人中的一半左右.其实,焊接机器人就是在焊接生产过程中,代替焊工从事焊接任务的工业机器人.这些焊接机器人中,只有少数是专为某种焊接方式设计的,而大多数的焊接机器人就是在通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的.在多任务环境中,一台机器人并不仅仅完成焊接作业,甚至还可以完成包括焊接在内的取物、搬运及安装等多种任务.编程人员可以向机器人输入相应的程序指令.机器人可以根据程序指令自动更换机械手上的工具来完成相应的任务.因此,从某种意义上来说,工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史.

六、结束语

焊接机器人技术的发展极大程度的解放了人工劳力,也保护了人们的安全,更是科技发展进步的体现,但是该技术还需要进一步完善和提高.