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。 弧焊机器人的特点 弧焊机器人多采用气体保护焊方法(MAG、MIG、TIG),通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制,而焊接电源多为模拟控制,所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。 近年来,国外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备,在这些焊接设备内已经插入相应的接口板,所以弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。应该指出的是,在弧焊机器人工作周期中,电弧时间所占的比例较大,因此在选择焊接电源时,一般应按持续率100%来确定电源的容量。送丝机构可以装在机器人的上臂上,也可以放在机器人之外,前者焊枪到送丝机之间的软管较短,有利于保持送丝的稳定性,而后者软管校长,当机器人把焊枪送到某些位置,使软管处于多弯曲状态,会严重影响送丝的质量,所以送丝机的安装方式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。 机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。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。为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响,必须要求弧焊机器人系统不仅能实现空间焊缝的自动实时跟踪,而且还能实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制。马丁路德将智能化技术引入焊接机器人的系统设计,其中包括: 1)焊接机器人对于焊接任务的自主规划技术; 2)焊接机器人的运动轨迹控制技术; 3)焊接动态过程的信息传感、建模与智能控制技术;