焊接机器人是一个机电一体化的设备,可以按用途、结构、受控运动方式、驱动方法等观点对其进行分类。 (1)按用途分类 1) 弧焊机器人 由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及,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。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统,而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机,因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中,焊枪应跟踪工件的焊道运动,并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下,焊接速度约取5~50mm/s,轨迹精度约为±0.2~0.5mm,由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定影响,因此,希望在跟踪焊道的同时,焊枪姿态的可调范围尽量大。 2) 点焊机器人 汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域,在装配每台汽车车体时,大约60%的焊点是由机器人完成。初,点焊机器人只用于增强焊作业(往已拼接好的工件上增加焊点),后来为了保证拼接精度,又让机器人完成定位焊接作业。 (2)按结构坐标系来分 1) 直角坐标型 这类机器人的结构和控制方案与机床类似,其到达空间位置的三个运动(x、y、z)是由直线运动构成(见图1),这种形式的机器人优点是运动学模型简单,各轴线位移分辨率在操作容积内任一点上均为恒定,控制精度容易提高;缺点是机构庞大,工作空间小,操作灵活性较差。简易和专用焊接机器人常采用这种形式。 2) 圆柱坐标型 这类机器人在基座水平转台上装有立柱,水平臂可沿立柱作上下运动并可在水平方向伸缩(见图2)。这种结构方案的优点是末端操作可获得较高速度,缺点是末端操作器外伸离开立柱轴心愈远,其线位移分辨精度愈低。 3) 球坐标型 与圆柱坐标结构相比较,这种结构形式更为灵活。但采用同一分辨率的码盘检测角位移时,伸缩关节的线位移分辨率恒定,但转动关节反映在末端操作器上的线位移分辨率则是个变量,增加了控制系统的复杂性(见图3)。 4) 全关节型 全关节型机器人的结构类似人的腰部和手部,其位置和姿态全部由旋转运动实现(见图4),其优点是机构紧凑,灵活性好,占地面积小,工作空间大,可获得较高的末端操作器线速度;其缺点是运动学模型复杂,高精度控制难度大,空间线位移分辨率取决于机器人手臂的位姿。 焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。根据国际标准化组织(ISO)工业机器人术语标准焊接机器人的定义,工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机(Manipulator),具有三个或更多可编程的轴,用于工业自动化领域。为了适应不同的用途,机器人后一个轴的机械接口,通常是一个连接法兰,可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊(割)枪的,使之能进行焊接、切割或热喷涂。 机器人的几种分类应用 一、直角坐标机器人 三个棱柱关节,其轴线按直角坐标配置,运动学模型简单直观,需要较大的操作空间,多做成 大型龙门式或框架式机器人。 二、圆柱坐标机器人 手臂至少有一个回转关节和一个棱柱关节,其轴线按圆柱坐标配置,运动学模型简单直观,易 于进入开口部分。 三、极坐标机器人 手臂有两个回转关节和一个棱柱关节,其轴线按极坐标配置,运动学模型较复杂,占用空间较 小,操作范围大且灵活。 四、关节机器人 三个回转关节,具有的操作灵活性和可达性,工作空间大,运动学模型较复杂,视觉上不 直观,结构刚度较差。 五、SCARA机器人 它有三个旋转关节和一个移动关节,为水平关节型结构,柔顺性好,能够实现高精度和高速度 运动。 由于我国工业机器人起步较晚,国外工业机器人(如OTC焊接机器人、ABB机器人、松下机器人 、安川机器人、熊猫机器人)等现在仍是国内工业企业的,但是我国市场拥有巨大的发展空间 ,相信不久的将来,我们不仅可以“自给自足”,甚至能够让国产机器人成为国际标准。