焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于所設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人是在準(zhǔn)平面、空間狹窄的環(huán)境下工作，為了保證機(jī)器人能根據(jù)電弧傳感器的偏差信息，跟蹤焊縫自動(dòng)焊接，要求所設(shè)計(jì)的機(jī)器人應(yīng)該結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)靈活且工作穩(wěn)定．文中針對(duì)狹窄空間特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種小型移動(dòng)焊接機(jī)器人，根據(jù)機(jī)器人各結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，把機(jī)器人機(jī)構(gòu)分為輪式移動(dòng)平臺(tái)、焊炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和電弧傳感器三部分。其中，輪式移動(dòng)平臺(tái)由于其慣性大，響應(yīng)慢，主要對(duì)焊縫進(jìn)行粗跟蹤，焊炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)焊縫跟蹤，電弧傳感器完成焊縫偏差實(shí)時(shí)識(shí)別．另外，機(jī)器人控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成安裝于機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)上，使其體積更小。同時(shí)，為了減少惡劣焊接環(huán)境下粉塵對(duì)運(yùn)動(dòng)部件影響，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，提高其系統(tǒng)可靠性   。與傳統(tǒng)的手工焊接相比，該自動(dòng)焊接機(jī)器人具有生產(chǎn)、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、能在惡劣環(huán)境下連續(xù)工作等優(yōu)點(diǎn)。

焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與性能

焊接機(jī)器人是一種從事焊接(包括切割和噴涂)的工業(yè)機(jī)器人。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人后一個(gè)軸的機(jī)械接口，通常是一個(gè)連接法蘭，可以用不同的工具或末端執(zhí)行器連接。焊接機(jī)器人是在工業(yè)機(jī)器人的端部法蘭上安裝焊鉗或焊接(切割)槍，以便焊接、切割或熱噴涂。對(duì)焊接機(jī)器人工作站進(jìn)一步細(xì)分箱體焊接機(jī)器人工作站是專門(mén)針對(duì)箱柜行業(yè)中，生產(chǎn)量大，焊接質(zhì)量及尺寸要求高的箱體焊接開(kāi)發(fā)的機(jī)器人工作站專用裝備。

焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜(硬件和軟件)組成。焊接設(shè)備以電弧焊和點(diǎn)焊為例，由焊接電源(包括其控制系統(tǒng))、送絲機(jī)(電弧焊)、焊槍(夾具)等組成。對(duì)于智能機(jī)器人，應(yīng)具有傳感器系統(tǒng)，如激光或攝像機(jī)傳感器及其控制裝置。5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車的安全性能。

世界上生產(chǎn)的焊接機(jī)器人基本上都是關(guān)節(jié)機(jī)器人，其中大部分都有六個(gè)軸。其中，軸1、軸2、軸3可以將末端刀具送至不同的空間位置，軸4、軸5、軸6可以解決刀具姿態(tài)的不同要求。焊接機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有兩種：一種是平行四邊形結(jié)構(gòu)，另一種是側(cè)擺結(jié)構(gòu)。在當(dāng)代工業(yè)化生產(chǎn)中，焊接全過(guò)程的化和自動(dòng)化是焊接機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

上述兩種機(jī)器人的軸都是旋轉(zhuǎn)的，所以用伺服電機(jī)通過(guò)擺線針輪減速器(1-3軸)和諧波減速器(1-6軸)驅(qū)動(dòng)。在20世紀(jì)80年代中期以前，直流伺服電機(jī)被用于電動(dòng)機(jī)器人。自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，交流伺服電機(jī)已在許多國(guó)家得到應(yīng)用。由于交流電機(jī)沒(méi)有碳刷，具有良好的動(dòng)態(tài)特性，新型機(jī)器人不僅事故率低，而且免維護(hù)時(shí)間大幅度增加，升(降)速快。一些重量小于16KG的新型輕型機(jī)器人在刀具中心點(diǎn)(TCP)的大移動(dòng)速度超過(guò)3m/s，定位準(zhǔn)確，振動(dòng)小。側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是上、下臂的活動(dòng)范圍大，使機(jī)器人的工作空間幾乎能達(dá)一個(gè)球體。同時(shí)，機(jī)器人控制柜還采用32位微型計(jì)算機(jī)和新算法，使其具有自尋優(yōu)路徑的功能。

焊接機(jī)器人熔池溫度的影響因素有很多

焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接工作的時(shí)候，其熔池溫度的多少與許多要素相關(guān)，焊接機(jī)器人包含焊絲角度、焊接時(shí)間、焊絲直徑、焊接工藝等要素，因此假如發(fā)現(xiàn)熔池溫度過(guò)高，就需要從這幾方面下手進(jìn)行減溫。

焊接機(jī)器人焊接過(guò)程中，焊絲與焊接方位的夾角在九十度時(shí)，電弧聚集，熔池溫度高;而夾角小，電弧分散化，熔池溫度較低。例如在進(jìn)行12mm平焊封底層的時(shí)候，焊絲角度應(yīng)操縱在60-70度，使熔池溫度有一定的減少，防止了反面形成焊疤或起高。次之，要嚴(yán)控焊接機(jī)器人系統(tǒng)電弧燃燒時(shí)間，斷弧的頻率和電弧燃燒時(shí)間直接影響著熔池溫度，因?yàn)楸诤褫^薄，電弧熱量的承受力比較有限，假如減慢斷弧頻率來(lái)減少熔池溫度，易形成縮孔，因此只有用電弧燃燒時(shí)間來(lái)操縱熔池溫度，防止管道內(nèi)部焊縫極高或形成焊疤。豐田公司已決定將點(diǎn)焊作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)裝備其日本國(guó)內(nèi)和海外的所有點(diǎn)焊機(jī)器人。

常規(guī)狀況下，要求焊接機(jī)器人依據(jù)焊縫空間部位、焊接層次來(lái)選用焊接電流和焊絲直徑，開(kāi)焊時(shí)選用的焊接電流和焊絲直徑比較大，立、橫仰位較小。只有這樣，才可以更為容易操縱熔池溫度，使得焊縫成型。依據(jù)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，焊接機(jī)器人采用圓圈形運(yùn)條時(shí)熔池溫度高過(guò)半月形運(yùn)條溫度，半月形運(yùn)條溫度又高過(guò)鋸齒狀運(yùn)條的熔池溫度，因此盡可能采用鋸齒狀運(yùn)條，而且用晃動(dòng)的幅度與在坡口兩邊的停頓，有效的操縱了熔池溫度。很簡(jiǎn)單，作為焊接機(jī)器人的工作人員，在作業(yè)之前必須穿著特定的工作服，佩戴安全鞋和安全帽，起到充分的保護(hù)作用。

機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)知識(shí)，焊接工藝講解，焊接的分類和焊接機(jī)器人
I .焊接分類1。熔焊:將焊接件的接頭加熱至熔融狀態(tài)，并在無(wú)壓力的情況下完成焊接，例如電焊、氣焊、埋弧焊和弧焊2。釬焊:加熱焊接件和釬焊填充金屬至高于基底金屬熔點(diǎn)且低于具有釬焊填充金屬的基底金屬熔點(diǎn)的溫度，用液體釬焊填充金屬潤(rùn)濕基底金屬，填充接頭間隙，并通過(guò)相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)與基底金屬的連接，例如用鐵釬焊和火焰釬焊3。壓力焊接:在焊接時(shí)對(duì)焊接件施加壓力(加熱或不加熱)，以完成將焊接金屬觸點(diǎn)加熱至熔融狀態(tài)，例如，將焊接金屬觸點(diǎn)加熱至塑性狀態(tài)，如電阻焊接、鍛焊和摩擦焊接。焊接金屬觸點(diǎn)不加熱，如冷壓焊接和焊接。2.焊接的特點(diǎn)和應(yīng)用。特點(diǎn)(1)可節(jié)約金屬材料，接縫密封性好，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；(2)工序簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益高。生產(chǎn)周期短，勞動(dòng)強(qiáng)度低(3)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，產(chǎn)品成本低(4)焊接接頭不僅強(qiáng)度高，而且其他性能可與焊接材料相匹配。(5)焊接質(zhì)量高會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，焊接部位會(huì)有一定數(shù)量的焊接缺陷，焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。2.焊接應(yīng)用于船舶、化學(xué)容器、建筑構(gòu)件、橋梁、動(dòng)力鍋爐、大型發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)等產(chǎn)品的制造。焊接在航空、航天、原子能、電子等領(lǐng)域也是不可或缺的。三、焊接機(jī)器人一個(gè)機(jī)器人可以完成各種任務(wù)，包括抓取物體、搬運(yùn)、安裝、焊接、卸料等。代弧焊機(jī)器人:示教再現(xiàn)型第二代弧焊機(jī)器人:具有視覺(jué)或觸覺(jué)感知功能的第三代弧焊機(jī)器人:具有學(xué)習(xí)、推理和自動(dòng)規(guī)劃功能的弧焊機(jī)器人具有靈活性大的特點(diǎn)。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的要求，機(jī)械手按照一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成規(guī)定的傳動(dòng)位置和工件的要求，特別是在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及具有性和污染的環(huán)境中，機(jī)械手應(yīng)用為廣泛。焊接系統(tǒng):由焊鉗(點(diǎn)焊機(jī)器人)、焊炬(弧焊機(jī)器人)、焊接控制器和水、電、氣等輔助部件組成。傳感器:實(shí)現(xiàn)工件斜面定位、焊縫熔深信息跟蹤和采集。安全設(shè)備:包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)熱自斷電保護(hù)、動(dòng)作位置超限自斷電保護(hù)、自斷電保護(hù)、機(jī)器人系統(tǒng)工作區(qū)干擾自斷電保護(hù)和手動(dòng)緊急停止等。