《机器人概论》课程论文
焊接机器人
摘要：随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。目前，采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。由于焊接机器人具有通用性强、工作可靠的优点，因此受到人们越来越多的重视。在焊接生产中采用机器人技术，可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现小批量产品的焊接自动化。现在越来越多的为人类所采用。
关键字：机器人 焊接 自动化 技术
（一） 机器人定义
１９８７年国际化标准组织（ISO）对工业机器人术语作如下定义：“工业机器人就是一种具有自动化控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。”ISO8373对工业机器人作了更详细、具体的定义：“机器人具有自动控制及可编程、多用途功能，机器人操作机具有三个或更多可编程的轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。”我国科学家对工业机器人的定义是：“一种自动化的机器，所不同的是这种机器人具有一些与人或生物相似的智力能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协调能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”在研究及开发未知及不确定环境下的工业机器人过程中，人们逐步地走向人类活动的各种领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各种各样的具有感知的、决策的、行动和交互能力的工业机器人。
与其他机器人一样，人们把工业机器人的最高目标定义为智能机器人。由此，可以将机器人分为三代。第一代机器，也称“示教在线”型机器人。所谓“示教”，即由人“教”机器人运动轨迹、停留时间等。然后，机器人依照人教给的各种行为、顺序和速度重复执行。实质上，它是采用计算机控制一个多自由度的机器结构，通过人的示教，储存程序和信息；当需要机器人工作时，把储存的信息读出来，然后发出指令，重复示教的结果，再现出示教动作。例如，汽车的电焊机器人，操作者只需把电焊过程示意一遍，电焊机器人即可重复这种工作。该类机器人对外界环境没有预知，操作的大小，工件是否存在，焊接质量如何，它并不知道，因此存在一定的缺陷。目前在工业现场应用的机器多属于这一代。在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，即带感觉的机器人。这类机器人具有类似人的某种感知功能，例如力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉等通过各种反馈，使机器人能在一定程度上适应变化的环境。当利用该类机器人抓某个物体的时候，它不仅能感觉出实际作用力的大小，而且能够通过视觉感受和识别物体形状，大小和颜色。带有焊接缝跟踪技术的机器人，当机器人行走在轨迹与工件上实际焊接缝位置发生偏移时，通过传感器可以检测到该偏差，再通过反馈控制，机器人会自动更改“示教”得到轨迹，自动跟踪焊缝，从而保证焊接的质量。第三代机器人，也是机器人学中所迫求的理想的最高层的阶段，称为只能机器人，人们只需告诉这类机器人去做什么，而不需要告诉它怎样去做，机器人就能自动完成相应的动作。目前开发的机器人只是在局部具有这种智能的概念和含义，真正完事意义的智能机器人还没有出现。随着机器人技术的不断发展，智能的概念越来越丰富，内涵越来越宽，完整意义的智能机器人最终是可以实现的。
（二） 焊接工艺对弧焊机器人的基本要求
焊接机器人是典型的工业机器人。它远不是简单的在一台通用机器人上安装一个焊。在实际焊接中，焊接机器人一方面要能够高精度的移动焊沿着焊缝运动并保证焊的姿态，另一方面在运动中不断协调焊接参数，如焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量、焊高度和送丝速度等。焊接机器人是一个能实现焊接最佳轨迹运动和工艺参数的综合系统，它比一般通用机器人要复杂的多。
焊接工艺对焊机机器人的基本要求可归纳如下： 1)
具有高度灵活的运动系统。能保证焊实现各种空间的轨迹的运动，并能在运动中不断调整焊
空中的姿态，因此，运动系统至少具有5—6个自由度。 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
具有高精度的控制系统，其定位精度，对点焊机器人应达到+1mm；对于弧焊机器人应至少达到+0.5mm，其参数控制精度应达到1%。
其示教记忆的容量至少能保证机器人能连续工作一个小时。对点焊机器人来说应该至少存储200-1000个点位置。对于弧焊机器人应该至少能储存5000-6000个点位。
可设置和再现与运动相联系的焊接参数，并能和焊接辅助设备（如夹具、转台）交换到位信息。 其可到位的工作空间应达到4-6M。
其示教系统能够方便的对焊接机器人进行示教，使产生的主要误差到很小的量值。 微计算机控制装置具有高抗干扰能力和可靠性。能在生产环境中正常工作，其故障小于1次/1000h。
具有可靠的自保护和自检系统。例如，当焊丝或电极与工件“站住”时，系统能立即自动断电；焊接电源未接通或焊接电弧未建立时，机器人自动向前运动并自动再引弧等。
（三） 焊接机器人系统
焊接机器人系统由焊接机器人、工件及变位机、远距离控制工作站等组成。其中焊接机器人由机器人执行机构、机器人控制器以及焊接电源三部分组成。机械手用来完成机器人的操作和作业，即代替人来焊接；机器人控制器主要完成信息的获、处理、焊接操作的编程、轨迹规划和控制以及整个机器人焊接系统的管理等。如视觉传感器和温度传感器等。焊接过程中，将传感器感知的位置和温度等信息反馈到机器人控制器。控制器根据这些信息，通过调整预先储存在控制器中的程序修改机械手的工作方案，通过调整焊接电源系统的参数修改焊接姿态，实现整个系统的闭环控制。一个教为完整的弧焊机器人离线编程系统应包括焊接作业任务的描述、操作手路径规划、运动学和动力学算法及优化、针对焊接作业任务的关节级规划、固化结果动画仿真、规划结果离线纠正、与机器人的通信接口、利用传感器自主规划路径及进行再线路径修正等几大部分。
用于焊接的机器人常用的驱动方式是电气驱动。采用的电动机主要是直流伺服电动机、交流伺服电动1) 2) 3) 4) 5)
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能承受频繁加减速时的瞬时负载（额定值的3-4倍）。 电动机的惯性小，具有快速响应的特点。 转矩脉动小、摩擦损耗小、电动机效率较高。 体积小、重量轻。 具有足够长的使用寿命。 告诉机器人要做什么。
机器人接受指令，并形成机器人工作的控制策略。 去完成规定的焊接。
保证正确完成焊接任务，焊接完成后通报。
机。一般采用PWM信号来驱动电动机工作。用于机器人的电动机应满足如下条件：
要使机器人按照人们的要求去完成特定的焊接工作，需要做一下事情：
上述过程就是焊接机器人控制的基本原理。第一个过程是给示教机器人进行示教，也是举世通过计算机可以接受的方式去告诉机器人去做什么，给机器人焊接命令，包括焊接轨迹和焊接姿态。焊接参数等，也可以采用离线模仿来编程代替示教。第二个过程则是进行机器人控制系统中的计算机部分承担的工作，它负责整个机器人的系统管理、信息获取及处理、控制策略的制定、机器人行走路线规划、焊接参数规划等。第三个过程是机器人控制器将控制策略转换为驱动信号，驱动伺服电动机，实现机器人高速度、高精度的运转，以及焊接电源输出所需的焊接电流、电压等去完成指定的焊接任务。最后一个过程则是机器人控制中的传感器承担的工作，通过传感器的反馈，保证机器人去正确的去完成任务，同时将个中姿态反馈到控制器中，以便控制器实时监控整个系统工作的情况。
