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焊接机器人结构设计

由于所设计的焊接机器人是在准平面、空间狭窄的环境下工作，为了保证机器人能根据电弧传感器的偏差信息，跟踪焊缝自动焊接，要求所设计的机器人应该结构紧凑、移动灵活且工作稳定．文中针对狭窄空间特点，开发了一种小型移动焊接机器人，根据机器人各结构的运动特点，运用模块化设计方法小型工业机器人，把机器人机构分为轮式移动平台、焊炬调节机构和电弧传感器三部分工业机器人。其中，轮式移动平台由于其惯性大，响应慢，主要对焊缝进行粗跟踪，焊炬调节机构负责焊缝跟踪，电弧传感器完成焊缝偏差实时识别．另外，机器人控制器和电机驱动器集成安装于机器人移动平台上，使其体积更小。同时，为了减少恶劣焊接环境下粉尘对运动部件影响，采用全封闭式结构自动焊接机器人，提高其系统可靠性   。

对焊接机器人工作站进一步细分

箱体焊接机器人工作站是专门针对箱柜行业中，生产量大，焊接质量及尺寸要求高的箱体焊接开发的机器人工作站装备。

箱体焊接机器人工作站由弧焊机器人、焊接电源、焊枪送丝机构、回转双工位变位机、工装夹具和控制系统组成。该工作站适用于各式箱体类工件的焊接，在同一工作站内通过使用不停的夹具可实现多品种的箱体自动焊接，焊接的相对位置高搬运机器人。由于采用双工位变位机，焊接的同时，其他工位可拆装工件，极大的提高了焊接效率。由于采用了MIG脉冲过渡或CMT冷金属过渡焊接工艺方式进行焊接，使焊接过程中热输入量大大减少，保证产品焊接后不变形，通过调整焊接规范和机器人焊接姿态，保证产品焊缝质量好，焊缝美观，特别对于密封性要求高的不锈钢气室，焊接后保证气室气体不泄露。通过设置控制系统中的品种选择参数并更换工作夹具，可实现多个品种箱体的自动焊接。

用不同工作范围的弧焊机器人和相应尺寸的变位机，工作站可以满足焊缝长度在2000mm左右的各类箱体的焊接要求。焊接速度3－10mm/s，根据箱体基本材料，焊接工艺采用不同类型的气体保护焊。该工作站还广泛用于电力、电气、机械、汽车等行业。

焊接机器人在汽车生产中应用

焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，因而甚至试图用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司近推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。国内生产的桑塔纳、帕萨特、别克、赛欧、波罗等后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。

焊接机器人具有巨大的进口替代空间 与手工焊接相比，焊接机器人具有的优势，操作简单，普通工人直接代替高科技焊工，从而为企业节省了高昂的人工成本。劳动力需要休息，但焊接机器人可以连续工作，生产效率是人类的三倍以上，可以降低劳动力的管理成本。工人的焊接工作强度大，工作环境恶劣，焊接粉尘、焊接飞溅物、焊接弧光等对人体危害很大，而焊接机器人操作相对简单，它有一个封闭的独立工作站，操作者可以在工作站外完成焊接工作，工人的健康也得到了很好的保护。 因此，焊接机器人的市场应用空间巨大。焊接机器人的应用主要有两种方式：点焊和电弧焊。工业机器人在焊接领域的应用是从汽车装配线的电阻点焊开始的。原因是电阻点焊工艺相对简单，控制方便，不需要跟踪焊缝，所以对机器人的控制精度和重复精度要求相对较低。机器人电弧焊大的特点是灵活性，通过编程可以随时改变焊接轨迹和焊接顺序。因此，它适用于焊接件种类多、焊缝短、多、形状复杂的产品。这正符合汽车制造业的特点。特别是在现代社会，汽车款式的更新速度非常快，配备机器人的汽车生产线能够很好地适应这种变化。

管道焊接机器人的可视焊缝系统 提出了一种基于可见光产生的焊缝跟踪系统，并将其应用于管道焊接机器人。首先，在分析激光在焊接表面反射、摄像机位置、激光平面和激光条纹图像影响的基础上，设计了视觉传感器。为了防止焊缝图像中严重的反扰，已经开发了用于图像处理和特征提取的算法。为了跟踪管道焊接的焊缝，人们刚刚采用了图像视觉控制系统。通过控制管道焊接机器人的焊缝跟踪实验，正式验证了系统的性能。焊缝跟踪是机器人焊接中的问题之一，也是自动焊接的基础。大多数工业焊接机器人用于教学，机器人重复这条路径以满足焊接中光束的位置要求。这种模式的焊接机器人存在焊接位置不准确、热扩散导致焊接处变形和变形等问题。这些问题导致梁偏离其理论焊接路径，因此有必要在焊接过程中控制梁的焊接轨迹。其次，管道焊接机器人不能预先定义焊缝，因为当管道改变方向时，焊缝可能偏离管道内的位置。焊缝的轨迹可以随着管子在轴向上的移动而改变。在这种情况下，这种模式不适合管道焊接，焊接机器人需要在焊接时及时校正横梁和焊缝之间的偏移。为了避免移动管道时焊缝的偏差，解决方法是使用三自由度多机械手来提升管道，调整管道的位置和矫直管道的方向。当管道改变方向时，焊缝将偏离其原始位置，因此焊接需要焊缝跟踪系统。

工业机器人在厚板焊接生产中的应用 在工程机械工业中，焊接机器人已广泛用于制造各种工程机械工件。例如，挖掘机动臂、斗杆、铲斗、X型车架、主平台和履带梁、装载机前后车架、动臂、推土机后轴箱、小车方箱、汽车起重机车架、转盘、支腿、履带起重机、泵车、平地机和摊铺机等关键部件的焊接，都有一个的焊接机器人-集成系统。这些特殊的机器人焊接系统运行稳定可靠。本发明通过电弧跟踪功能、接触传感功能、焊接数据库等智能功能，解决了中厚板焊接领域存在的工件尺寸大、焊脚尺寸大、焊接坡口加工、工件组精度差等问题。焊缝成形效果和焊接稳定性好。 厚板焊接机器人智能化发展趋势 虽然焊接机器人被广泛使用，但它们也朝着更高程度的自动化和智能化发展。近年来，具有代表性的新型机器人焊接技术不断涌现。这些技术从生产效率、精度要求、可操作性、适应性等方面展示了焊接机器人技术的未来发展趋势。逐步从研发走向推广应用。 (1)机器人示教再现和离线编程技术？目前，工业生产中广泛使用的焊接机器人大多是基于示教再现或离线编程来实现焊接操作，通过一定的传感技术可以满足自动化生产的基本要求。但是，他们的智能还有很大的发展空间，包括易于实现的教学、焊接路径的自主规划、焊接任务过程参数的自动生成、直观易用的人机交互系统设计、虚拟现实焊接工作站的离线编程等技术。