焊接机器人分类及系统组成

工业机器人技术及应用机械与电气工程学院刚建华课前思考常见的码垛机器人有哪几类？码垛机器人的系统组成及各部分的主要功能？问题分析（一）常见的码垛机器多为关节式码垛机器人、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人。关节式码垛机器人龙门式码垛机器人摆臂式码垛机器人码垛机器人分类问题分析（二）通常码垛机器人主要有操作机、控制系统、码垛系统（气体发生装置、液压发生装置）和安全保护装置组成。1—机器人控制柜；2—示教器；3—气体发生装置；4—真空发生装置；5—操作机；6—夹板式手爪；7—底座码垛机器人系统组成本次课学习目标1案例引入27.1焊接机器人的特点37.1焊接机器人的分类4目录7.2焊接机器人的系统组成5第七章焊接机器人及其操作应用本次课小结焊接机器人是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。具有可自由编程的轴，并能将焊接工具按要求送到预定空间位置，按要求轨迹及速度移动焊接工具的工业机器人，包括点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人等。焊接机器人作为工业机器人家族的一员，其作业编程无外乎运动轨迹、作业条件和作业顺序的示教。对于点焊作业而言，其机器人控制点（TCP）在焊钳开口的中心处，作业时要求焊钳两电极垂直于被焊工件表面；而对于熔焊来说，其机器人控制点在焊枪尖头或激光焦点上。作业时根据被焊工件的厚度及工艺要求，选用前倾角焊或后倾角焊。谢谢机械与电气工程学院刚建华本次课的学习目标了解焊接机器人的分类及特点掌握焊接机器人系统的基本组成案例导入国内首条具有完全自主知识产权的智能化工业机器人焊接自动化生产线成功投入运行2013年7月26日，随着奇瑞汽车战略车型艾瑞泽7的隆重上市，我国首条具备完全自主知识产权的智能化工业机器人焊接自动化生产线正式投入运行，标志着我国自主品牌工业机器人具备在汽车焊接自动化生产线运行的能力。案例背景随着机器人和数字制造技术的发展，以人工智能为代表的智能技术和机器人为代表的智能装备日益广泛应用，以加工和制造为基础的劳动密集型产业模式逐渐被淘汰，使得全球技术要素与市场要素的配置方式发生革命性变化。2011年，国家战略性新兴产业启动“基于工业机器人的汽车焊接自动化生产线”项目，重点支持安徽埃夫特智能装备有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、哈尔滨工业大学、中国科学院自动化研究所、北京航空航天大学等单位联合研制的项目，并首次在奇瑞汽车焊接生产线上示范应用。可用于焊接、搬运、涂胶、打号等工艺过程，是目前我国使用机器人数量最多、应用工艺最复杂的自主品牌机器人焊接生产线，生产线整体技术达到国际先进水平。奥迪新A1汽车焊接生产线11奥迪新A1采用KUKA激光焊接等离子焊接生产线7.1思考12思考为什么要发展焊接机器人？使用焊接机器人能有哪些优势？7.1焊接机器人的特点提高劳动生产率，一天可24小时连续生产稳定和提高焊接质量，保证其均匀性为焊接柔性生产线提供技术基础改善工人劳作条件，摆脱有毒、有害、极端环境13缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资降低对工人操作技术的要求焊接机器人分类世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节型机器人，绝大部分有6个轴，目前焊接机器人应用中比较普遍的主要有3种：点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人。c)激光焊接机器人机器人a)点焊机器人b)弧焊机器人点焊机器人点焊机器人是用于点焊自动作业的工业机器人，其末端持握的作业工具是焊钳。实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。汽车车身的机器人点焊作业点焊机器人应用16发那科新型点焊机器人点焊机器人应用17汽车焊接机器人点焊机器人的应用最初，点焊机器人只用于增强焊作业，即往已拼接好的工件上增加焊点。后来，为保证拼接精度，又让机器人完成定位焊作业。b)车门框架增强焊a)车门框架定位焊汽车车门的机器人点焊作业对点焊机器人的要求点焊机器人逐渐被要求有更全的作业性能，点焊用机器人不仅要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全可靠性好。弧焊机器人弧焊机器人弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极气体保护焊和非熔化极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。熔化极气体保护焊机器人非熔化极气体保护焊机器人弧焊机器人弧焊机器人的应用焊接机器人在汽车制造中的应用也相继从原来比较单一的汽车装配点焊很快发展为汽车零部件及其装配过程中的电弧焊。a）座椅支架b）消音器汽车零部件的机器人弧焊作业弧焊机器人应用22KUKA库卡机器人在汽车零部件行业应用弧焊机器人应用23KUKA库卡机器人在汽车零部件行业应用弧焊机器人应用由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及，使得弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。工程机械的机器人弧焊作业弧焊机器人应用25自动弧焊机器人弧焊机器人应用26焊接机器人弧焊机器人对弧焊机器人的要求为适应弧焊作业，对弧焊机器人的性能有着特殊的要求。除在运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。其他性能如下：1)能够通过示教器设定焊接条件（电流、电压、速度等）；2)摆动功能；3)坡口填充功能；4)焊接异常功能检测；5)焊接传感器（焊接起始点检测、焊缝跟踪）的接口功能。激光焊接机器人激光焊接机器人是用于激光焊自动作业的工业机器人，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具是激光加工头。具有最小的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高焊接产品品质的同时，降低了后续工作量的时间。a）激光焊接机器人b）激光切割机器人激光加工机器人激光焊接机器人应用29柯马远程激光焊接机器人激光焊接机器人应用30探秘桑塔纳-激光焊接工艺激光焊接机器人应用31金知卓ABB机器人激光切割激光焊接机器人应用32japanunix激光焊锡机器人激光焊接机器人的要求激光焊接成为一种成熟的、无接触的焊接方式已经多年，极高的能量密度使得高速加工和低热输入量成为可能。与机器人电弧焊相比，机器人激光焊的焊缝跟踪精度要求更高。基本性能要求如下：1）高精度轨迹（≤0.1mm）；2）持重大（30~50kg），以便携带激光加工头；3）可与激光器进行高速通信；4）机械臂刚性好，工作范围大；5）具备良好的振动抑制和控制修正功能。点焊机器人系统组成7.2.1点焊机器人点焊机器人主要由操作机、控制系统和点焊焊接系统等组成。点焊机器人焊钳的结构机器人点焊用焊钳从外形结构上有C型和X型2种。C型焊钳用于点焊垂直及近于垂直倾斜位置的焊点；X型焊钳则主要用于点焊水平及近于水平倾斜位置的焊点。b）X型焊钳a）C型焊钳点焊机器人焊钳（外形结构）焊钳的驱动方式从电极臂加压驱动方式，点焊机器人焊钳分为气动焊钳和伺服焊钳2种。气动焊钳利用汽缸来加压，能够使电极完成大开、小开和闭合3个动作，电极压力一旦调顶不能随意变化，目前比较常用。伺服焊钳采用伺服电机驱动完成焊钳的张开和闭合，焊钳张开度可任意选定并预置，且电极间的压紧力可无级调节。伺服焊钳气动焊钳弧焊机器人的系统组成弧焊机器人的组成与点焊机器人基本相同，主要由是由操作机、控制系统、弧焊系统和安全设备等组成。1—气瓶；2—焊丝桶；3—送丝机；4—操作机；5—焊枪；6—工作台；7—供电及控制电缆；8—弧焊电源；9—示教器；10—机器人控制柜弧焊机器人系统组成弧焊机器人常用焊枪弧焊机器人操作机的结构与点焊机器人基本相似，主要区别在于末端执行器--焊枪。a)电缆外置式机器人气保焊枪b)电缆内藏式机器人气保焊枪c)机器人氩弧焊焊枪弧焊机器人常用焊枪激光焊接机器人系统组成1—激光器；2—光导系统；3—遥控盒；4—送丝机；5—激光加工头；6—操作机；7—机器人控制柜；8—焊接电源激光焊接机器人系统组成常用的激光加工头激光加工头装于六自由度机器人本体手臂末端，其运动轨迹和激光加工参数是由机器人数字控制系统提供指令进行。根据用途不同（切割、焊接、熔覆）选择不同的激光加工头。c)激光熔覆a)激光切割b)激光焊接激光加工头7.2焊接机器人的系统组成激光焊接机器人控制系统架构焊接机器人系统组成小结焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（焊钳）等部分组成。7.3焊接机器人的作业示教TCP点确定：对点焊机器人而言，其一般设在焊钳开口的中点处，且要求焊钳两电极垂直于被焊工件表面。焊接作业姿态工具中心点设定7.3.1点焊作业7.3焊接机器人的作业示教7.3.1点焊作业以下图工件焊接为例，采用在线示教方式为机器人输入两块薄板（板厚2mm）的点焊作业程序。此程序由编号1至5的5个程序点组成。本例中使用的焊钳为气动焊钳，通过气缸来实现焊钳的大开、小开和闭合三种动作。点焊机器人运动轨迹7.3焊接机器人的作业示教7.3.1点焊作业程序点说明程序点说明焊钳动作程序点1机器人原点程序点2作业临近点大开→小开程序点3点焊作业点小开→闭合程序点4作业临近点闭合→小开程序点5机器人原点小开→大开7.3焊接机器人的作业示教7.3.1点焊作业示教前的准备再现施焊新建一个程序运行确认（跟踪）设定焊接条件登录程序点1登录程序点2登录程序点5登录程序点3登录程序点4点焊机器人作业示教流程7.3焊接机器人的作业示教7.3.1点焊作业设定作业条件设定焊钳条件焊钳条件的设定主要包括焊钳号、焊钳类型、焊钳状态等。设定焊接条件点焊时的焊接电源和焊接时间，需在焊机上设定。点焊作业条件设定大电流-短时间小电流–长时间板厚时间（周时间（周电流（mm）压力（kgf）电流（A）压力（kgf）期）期）（A）1022588001.03675560020470130002.064150800032820174003.0105260100007.3焊接机器人的作业示教7.3.2熔焊作业TCP点确定：同点焊机器人TCP设置有所不同，弧焊机器人TCP一般设置在焊枪尖头，而激光焊接机器人TCP设置在激光焦点上。弧焊机器人工具中心点7.3焊接机器人的作业示教7.3.2熔焊作业实际作业时，需根据作业位置和板厚调整焊枪角度。以平（角）焊为例，主要采用前倾角焊（前进焊）和后倾角焊（后退焊）两种方式。a)前倾角焊b)后倾角焊前倾角焊和后倾角焊7.3焊接机器人的作业示教板厚相同的话，基本上为10~25°，焊枪立得太直或太倒的话，难以产生熔深。前倾角焊接时，焊枪指向待焊部位，焊枪在焊丝后面移动，因电弧具有预热效果，焊接速度较快，熔深浅、焊道宽，所以一般薄板的焊接采用此法；而后倾角焊接时，焊枪指向已完成的焊缝，焊枪在焊丝前面移动，能够获得较大的熔深、焊道窄，通常用于厚板的焊接。同时，在板对板的连接之中，焊枪与坡口垂直。对于对称的平角焊而言，焊枪要与拐角成45°角。b)T形接头平角焊a)I形接头对焊焊枪作业姿态