對焊接機器人重要技術的分析

【摘 要】焊接時制造業中傳統的，重要的加工工藝方法之一，廣泛的應用于機械制造航空航天，能源交通，石油化工，建筑以及電子行業。隨著先進制造技術的發展，實現焊接產品制造的自動化，智能化，柔性化與智能化已經竟成為必然趨勢。目前，采用機器人焊接已經成為焊接自動化技術現代化的主要標志。由于焊接機器人具有通用性強、工作可靠的優先，因此受到人們越來越多的重視。在焊接生產中采用機器人技術可以提高生產率、改善勞動條件、穩定和保證焊接的質量、實現小批量產品的焊接自動化。

【關鍵詞】制造技術；焊接；自動化；機器人

一、工藝對焊接機器人的基本要求

焊接機器人是典型的工業機器人。在實際焊接中，弧焊機器人仰面要高精度的移動焊槍沿著焊縫運動并保證焊槍的姿態，另一方面在運動中不斷協調焊接參數。焊接工藝對焊接機器人的基本要求可歸納如下：（1）具有高度靈活的運動系統。能保證焊槍實現各種空間軌跡的運動，并能在運動中不斷調整焊槍的空間姿態，因此，運動系統最少需要具有5～6個自由度。（2）具有高精度的控制系統。其定位精確，對點焊機器人應該達到±1mm，對弧焊機器人應該至少達到±0.5mm，其中參數控制精度應該達到1%。（3）其示教記憶的容量至少能保證機器人能夠連續工作1小時。對點焊機器人應該至少儲存200～1000個位置點，對弧焊機器人應至少儲存5000～10000個點位。（4）可設置和再現與運動相聯系的焊接參數，并能和焊接輔助設備交換到位信息。

二、焊接機器人的速度雅克比與速度分析

（1）焊接機器人可以簡單地理解為焊接用機械手，和一般工業機器人相似。對于n自由度的機器人的情況，關節變量可以把廣義關節變量q表示為[q1 q2…qn]T。當關節為轉換關節時qi=θi，當關節位移動關節時qi=di，dq=[dq1 dq2…dqn]T，反映了關節的微小運動。機器人末端在操作空間的位置和方式可用末端手抓的位置X來表示，它是關節變量的函數X=X（q）。函數X是一個6維列向量dX=[q1 q2…qn]T[dx，dy，dz，δφy，δφz]T，反映了操作空間的微小運動。它由機器人末端微小線位移和微小角位移組成的，可表示為：dx=J（q）dq。式子中，J是6*n的偏導數矩陣，成為n自由度機器人速度雅克比矩陣。它的第i行第j列的元素為：J■=■（i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，3…n）。（2）焊接機器人的速度分析。對dx=J（q）dq左右兩邊各除以dt：■=J（q）■，或者V=J（q）■。V代表機器人末端在操作空間中的廣義速度，■代表機器人關節在關節空間中的關節速度。所以：■=J-1V。J-1稱為機器人的逆速度雅克比。

三、激光/電弧復合焊接技術

激光/電弧復合焊接技術是激光焊接與氣體保護焊的聯合，兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池。隨著激光器和電弧焊設備性能的提高，以及激光器價格的不斷降低，同時為了滿足生產的迫切需求，激光/電弧復合焊接技術近年來成為焊接領域最重要的研究課題之一。激光/電弧復合焊接技術之所以受到青睞是由于其兼各熱源之長而補各自之短，具有1+1>2或更多的“協同效應”。與激光焊接相比，對裝配間隙的要求降低，因而降低了焊前工件制備成本；另外由于有填充焊絲消除了激光焊接時存在的固有缺陷，焊縫更加致密。與電弧焊相比提高了電弧的穩定性和功率密度，提高了焊接速度和焊縫熔深，熱影響區變小，降低了工件的變形，消除了起弧時的熔化不良缺陷。在這點上特別適合鋁及其合金的焊接。激光/電弧復合焊接技術是對激光焊接的重大發展，焊接同樣板厚的材料可降低激光功率一半左右，因此大大降低了企業的投資成本，該技術的發展對推動激光焊接的普及將起重要的作用。

國外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：（1）工業機

器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。（2）機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機。（3）工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。

參 考 文 獻

[1]張根寶.自動化制造系統[M].機械工業出版社

[2]沈其文.材料成型工藝技術[M].華中科技大學出版