机器人焊接技术

焊接自动化技术及其应用材料加工自动化主讲教师:胡绳荪教授----焊接自动化技术及其应用2012.5.2012.5.焊接自动化技术及其应用第六章机器人焊接技术材料加工自动化6.1焊接机器人概论6.2机器人焊接基础6.3机器人焊接传感技术6.4机器人焊接应用重点、难点：焊接机器人基本概念；焊接机器人系统；弧焊机器人的示教与编程方法。焊接自动化技术及其应用6.1焊接机器人概述机器人是的一种高科技自动化生产设备。工业机器人是机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编程完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器人各自的优点，尤其是体现了人的智能和适应性、机器作业的准确性和在各种环境中完成作业的能力。机器人技术涉及力学、机械学、电气液压技术、自控技术、传感技术和计算机等学科领域，是一门跨学科综合技术。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用工业机器人分类工业机器人焊接机器人装配机器人码垛机器人浇铸机器人喷漆机器人半导体材料加工用微型机器人工业机器人1、工业机器人定义与分类是一种自动化的机器，所不同的是这种机器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、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用按照发展阶段对机器人的分类：第一代机器人，也称示教再现型机器人。第二代机器人，即带感觉的机器人。这种带感觉的机器人具有类似人的某种感知功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比。第三代机器人，也是我们机器人学中所追求的理想的昀高级的阶段，叫智能机器人。按照应用领域划分：•工业机器人，面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。•特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下机器人、农业机器人、军用机器人等第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用直角坐标系机器人（也称“机床型”）根据机器人的机构的分类第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用极坐标系（球坐标）机器人第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用圆柱坐标系机器人第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用多关节机器人第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用按照受控运动方式划分：•点位控制PointtoPoint（PTP）型：点焊、搬运机器人•连续轨迹ContinousPath控制（CP）型：弧焊、喷漆机器人按驱动方式划分：•电驱动（电动机），应用昀多•气压驱动（压缩空气）•液压驱动（重型机器人，如搬运、点焊机器人）第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用点焊机器人弧焊机器人工艺分类：点焊机器人和弧焊机器人。移动方式:固定机器人和移动机器人2、焊接机器人的分类与特点第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用点焊机器人的特点:因为点焊只需点位控制，至于焊钳在点与点之间的移动轨迹没有严格要求。这也是机器人昀早只能用于点焊的原因。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。点焊机器人需要有多大的负载能力。第六章机器人焊接技术点焊机器人焊接自动化技术及其应用弧焊机器人的特点:弧焊过程比点焊过程要复杂得多，工具中心点（TCP），也就是焊丝端头的运动轨迹、焊枪姿态、焊接参数都要求精确控制。弧焊用机器人除了前面所述的一般功能外，还必须具备一些适合弧焊要求的功能。理论上讲，5个轴的机器人就可以用于电弧焊，但对复杂形状的焊缝，5个轴的机器人会有困难。因此，除非焊缝比较简单，否则应尽量选用6轴机器人。第六章机器人焊接技术弧焊机器人焊接自动化技术及其应用移动式弧焊机器人第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用主要机器人生产厂家日本：Motoman、OTC、Panasonic、FANUC等美国：Adept等欧洲：奥地利IGM、德国CLOOS、KUKA、瑞典ABB韩国：HYUNDAIFANUC第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用3、机器人的基本构成机器人第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用机器人系统框图第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用4、通用的工业机器人系统结构按其功能划分：机械手总成、控制器、示教系统机械手总成：机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节、末端操作器、以及内部传感器等组成。作用：精确保证末端操作器所要求的位置，姿态和实现其运动。控制器：机器人的神经中枢；由计算机硬件、软件和一些专用电路构成。软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学、动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、自保护功能软件等。作用：处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。示教系统：机器人与人的交互接口；示教过程中将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器存储器中；实质上是一个专用的智能终端。作用：完成人机交互信息的传递。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用关节型工业机器人机械结构机身（基座）移动机器人的机身下部还有移动机构第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用5、工业机器人的常用术语自由度（degreeoffreedom，DOF）：机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。自由度表示了机器人动作灵活的程度，用来描述一个物体在三维空间的位置和姿态（建成位姿）。自由度是反映操作机的通用性和适应性的一项重要指标。一般的焊接机器人大多为4-6个自由度。已能满足多种焊接的要求。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用位姿（Pose）：指工具的位置和姿态。末端操作器（EndEffector）：位于机器人腕部末端，直接执行工作要求的装置：夹持器、焊枪等额定负载（Payload），也称为承载能力、持重；工作范围内的任何位姿所能承受的昀大载荷。弧焊机器人：5～20kg点焊机器人：50～200kg工作范围：机器人手臂或焊接时，所能达到的空间区域工作速度：机器人焊接时，焊枪单位时间内移动的距离或转动的角度注意：包含昀大稳定速度和昀大允许的加减速度。定位精度：机器人所持焊枪实际到达位置与目标位置之差重复精度：机器人重复执行位置指令而引起的偏差大小分辨率：机器人各轴能够实现的昀小位移和转角第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用工作空间（WorkingSpace），机器人工作时，其腕轴交点能在空间活动的范围。重复位姿精度（PoseRepeatability），在同一条件下，重复N次所测得的位姿一致程度。轨迹重复精度（PathRepeatability），沿同一轨迹跟随N次，所测得的轨迹之间的一致程度第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用6、工业机器人对加工技术的影响优质、安全、高效大大降低操作人员的劳动强度，替代熟练操作者不仅大大提高生产自动化程度，而且会改变生产加工方式使刚性自动化系统增加了柔性，改变了自动化系统结构适于产品更新换代，形成“可重构”生产线严酷环境下，操作人员的安全性提高、劳动环境得到改善可以完成人不能完成的加工（如管道机器人）第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用6.2机器人焊接基础焊接机器人能高精度地移动焊枪沿着焊缝运动并保证焊枪的姿态；在运动中不断协调焊接工艺参数（如焊接电流、电压、速度、气体流量、电极高度和送丝速度等）。焊接机器人是一个能实现焊接昀佳工艺运动和参数控制的综合系统。它比一般通用机器人要复杂得多。1、焊接工艺对机器人的要求1）具有高度灵活的运动系统。能保证焊枪实现各种空间轨迹的运动，并能在运动中不断调整焊枪的空间姿态。因此，运动系统至少具有5～6个自由度。2）具有高精度的控制系统。定位精度，点焊机器人应达到±1毫米。弧焊机器人应至少达到±0.5毫米，其参数控制精度应达到1%。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用3）示教记忆的容量至少能保证机器人能连续工作1小时。对点焊机器人应至少存贮200～1000个点位置。对弧焊机器人应至少能存贮5000～10000个点位。4）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、转台等）交换到位信息。5）可到位的工作空间。6）其示教系统能够方便地对焊接机器人进行示教。使产生的主观误差限制到很小的量值。7）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/1000小时。8）具有可靠的自保护和自检查系统。例如，当焊丝或电极与工件“粘住”时，系统能立即自动断电。又例如，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。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用2、弧焊机器人系统的基本构成机器人、弧焊机及周边辅助装置第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用3、焊接机器人控制的基本原理告诉机器人要做什么；机器人接受命令，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，焊接完成后应通报任务控制器示教离线编程伺服驱动指令执行装置传感器机器人工作过程及原理第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用第一个过程(告诉机器人要做什么)采用示教或离线仿真编程方法，给机器人焊接命令，包括焊接轨迹和焊接姿态、焊接参数等.示教:利用示教盒将机器人移动到作业位置，然后用机器人语言记录这些位置的信息、运动形式、作业内容、焊枪姿态以及焊接参数等内容；一般需要多个示教点。任务控制器示教离线编程伺服驱动指令执行装置传感器第二个过程由机器人控制系统中的计算机部分完成通过信息提取及处理，制定控制策略、进行机器人行走轨迹的规划、焊接参数规划等。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用第三个过程是机器人控制器将控制策略转化为驱动信号驱动伺服电机，实现机器人高速度、高精度运动，以及焊接电源输出所需要的焊接电流、电压等去完成指定的焊接任务。任务控制器示教离线编程伺服驱动指令执行装置传感器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反馈，保证机器人正确地完成焊接作业，同时将各种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。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用3、机器人焊接编程示教型机器人的基本工作原理：示教再现。示教也称导引，即由操作人员导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作。这就是示教与再现。目前应用较多的是工业机器人仍然是第一代工业，即示教型机器人。机器人编程在线编程（示教型）离线编程第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用在线编程(on-lineprogramming)(示教编程)编程操作人员利用机器人本身或其运动学实物模型通过在线示教的方式获取机器人运动轨迹的坐标位置及其手臂姿态参数，通过编程示教盒输入机器人程序指令并完成程序的编辑、修改和调试。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用手操盒：图形化界面；所有指令都在操作盒上；可以完成各种设置于操作。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用手操盒上的按键主要有3类：1)示教功能键如示教／再现、存入删除修改、检查、回零、直线插补、圆弧插补等，为示教编程用。2)运动功能键如x向动、y向动、z向动、正／反向动、1～6关节转动等，为操纵机器人示教用。3)参数设定键如各轴速度设定、焊接参数设定、摆动参数设定等。第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用PTPPTP模式（点位控制型）模式（点位控制型）：点到点的控制，两点之间的路径不控制。：点到点的控制，两点之间的路径不控制。CPCP模式（连续轨迹运动方式）模式（连续轨迹运动方式）：连续路径控制，两点之间的路径按照：连续路径控制，两点之间的路径按照预先规划的路径行进。预先规划的路径行进。123123123第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用第六章机器人焊接技术焊接自动化技术及其应用2、离线编程(of