1.焊接机器人的系统构成
焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备．采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。机器人焊接作为现代制造技术发展的重要标志己被国内许多工厂所接受，并且越来越多的企业首选焊接机器人作为技术改造的方案。
焊接机器人是装上了焊钳或各种焊枪的工业机器人。工业机器人的运动控制系统涉及数学、自动控制理论等，内容很多。采用机器人进行焊接，光有一台机器人是不够的，还必须配备外围设备。常规的弧焊机器人系统由以5部分组成。1、机器人本体，一般是伺服电机驱动的6 轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证机械手末端（悍枪）所要求的位臵、姿态和运动轨迹。
2、机器人控制柜，它是机器人系统的神经中枢，包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。
3、焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等。
4、焊接传感器及系统安全保护设施。
5、焊接工装夹具。
习惯上所说的电动机伺服系统，是指速度控制、伺服电动机和检测部件三部分；而且，将速度控制部分称之为伺服单元或驱动器。按照伺服系统的结构特点，它通常有四种基本结构类型：开环、闭环、半闭环及混合闭环。
伺服单元的硬件一般由五部分构成：
1 实现轴伺服电机的PID控制、或FUZZY（模糊）控制、或其它控制规律的伺服控制单片
机；
2 伺服控制模板，其功能是实现控制单片机输出数字量的D/A转换与输入到单片机的模拟
量的A/D转换；
3 伺服驱动功放，一般机器人的轴驱动电机的功率多在100W~1000W的范围，多属中等功率，
为此，由伺服控制模板给出的控制信号必须经功率放大才能推动电机；
4 伺服电机是焊接机器人的轴伺服控制系统的控制对象。
5 伺服电机的转速、位臵检测装臵（转速、位臵传感器）。转速、位臵检测装臵的功能是实
时检测轴伺服电机转速和电机角位移量，并将实时检测结果反馈给电动机伺服系统，以形成电动机伺服的闭环或半闭环控制系统。即便是开环控制系统，一般也需要电动机转速和电机角位移量的实时检测参数。因此，转速、位臵检测装臵是机器人的轴伺服控制系统极重要的组成环节。
焊接机器人的轴伺服控制系统结构称为主从控制方式：它是采用主、从两级控制计算机实现系统的全部控制功能。主计算机实现轴伺服控制系统的管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作协调控制。主从控制方式系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。焊接机器人的轴伺服控制系统结构还可采用所谓“分散控制系统”。
对于小批量多品种、体积或质量较大的产品，可根据其工件的焊缝空间分布情况，采用简易焊接机器人工作站或焊接变位机和机器人组合的机器人工作站。以适用于“多品种、小批量”的柔性化生产。对于工件体积小、易输送．且批量大、品种规格多的产品．将焊接工序细分，采用机器人与焊接专机组合的生产流水线，结合模块化的焊接夹具以及快速换模技术，以达到投资少、效率高的低成本自动化的目的。
2.机器人的焊接方法
焊接机器人最早只在点焊中得到应用，80年初，随着计算机技术、传感器技术的发展，弧焊机器人逐渐得到普及，特别是近十几年来由于世界范围内经济的高速发展，市场的激烈竞争使那些用于中、大批量生产的焊接自动化专机已不能适应小规模、多品种的生产模式逐渐被具有柔性的焊接机器人代替，焊接机器人得到了巨大的发展，焊接已成为工业机器人应用最大的领域之一，焊接机器人在汽车、摩托车、工程机械等领域都得到了广泛的应用。目前世界拥有的80余万台工业机器人中，用于焊接的机器人可达40%以上。
2．1适用于机器人的焊接方法
熔化极：
气体保护焊
● CO
2
●熔化极活性气体保护焊（MAG）
●熔化极惰性气体保护焊（MIG）
非熔化极：
●钨极惰性气体保护焊
●等离子弧焊接与切割
●激光焊接与切割
钎焊
火焰切割
点焊
在上面的焊接方法中，90%以上的机器人用于熔化极气体保护焊和点焊，进年来随着激光焊接与切割设备价格的降低，机器人在激光焊接与切割领域的应用数量在逐年增加。2.1 机器人焊接的特点
2.1.1优点
A. 自动焊接
(1) 焊枪不会振动，焊接速度不会改变，能得到均匀、漂亮的焊缝。
(2) 操作人员能远离噪音或高温区进行行业。
(3) 由于焊接条件是恒定的，所以能提高焊接质量。
B. 焊接条件具有重复性
(1) 不管什么时候，谁来作业或在什么地方都能焊接成相同的产品。
(2) 在机器人上编制焊接工人所掌握的焊接条件之后，即便是新手也能进行高质量的焊
接。
(3) 能重复使用曾经用过的焊接条件，(而在半自动焊接时,由于经常要调整遥控盒上的旋钮，所以缺乏重复性)。
C. 降低生产成本
(1) 能缩短生产节拍，所以能提高产量。
(2) 使用临时工就能完成焊接作业，所以减少了人工费用。
(3) 不浪费焊接材料，能节约消耗品。
D. 使用机器人带来的效益
(1) 生产节拍明确，容易进行生产管理。
(2) 能实现无人运行,机器人不会发牢骚。
(3) 能提高企业的形象。
E.机器人焊接的特点
机器人是由计算机控制的、具有高度柔性的可编程自动化装臵，因此利用机器人焊接具有以下特点：
（1）机器人能适应产品多样化，有柔性，在一条生产线上可以混流生产若干种类型产品。同时对于生产量的变动和型号的更改，能迅速的改进生产线的编组更替，这是专用的自动化生产线不能比拟的，能发挥投资的长期效果。
（2）使用机器人焊接，可提高产品质量。为了使焊接作业机器人化，需要改变装配方法和加工工序，所以要提高诸如供给设备的零件、夹具、搬运工具等的精度，这些关系到产品的精度和焊接质量的提高，机器人化的结果，可得到稳定的高质量产品。
（3）使用机器人焊接可提高生产率。机器人的作业效率，不随作业者变动，可以稳定生产计划，从而提高生产率。
2．1．2机器人焊接时的主要注意事项
A. 必须进行示教作业(注1)
在机器人进行自动焊接前，操作人员必须示教机器人焊枪的轨迹和设定焊接条件等。
?由于必须示教，所以机器人不面向多品种少量生产的产品焊接(注2)
B. 必须确保工件的精度(注3)
?机器人没有眼睛，只能重复相同的动作。
?机器人轨迹精度为±0.1mm，以此精度重复相同的动作。
?焊接偏差大于焊丝半径时，有可能焊接不好，所以工件精度应保持在焊丝半径之内。
C. 焊接条件的设定取决于示教作业人员的技术水平
?操作人员进行示教时必须输入焊接程序，焊枪姿态和角度，电流、电压、速度等焊接条件。?示教操作人员必须充分掌握焊接知识和焊接技巧。
D. 必须充分注意安全
?机器人是一种高速的运动设备，在其进行自动运行时绝对不允许人靠近机器人(必须设臵安全护栏)。
?操作人员必须接受劳动安全方面的专门教育，否则不准操作。
2．2焊接机器人的性能要求
2．2．1弧焊机器人的性能要求
在弧焊作业中，要求焊枪跟踪工件焊道运动，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道精度是两项重要的指标。一般情况下，焊接速度可取5～50mm/s，轨道精度可取±0〃2～0〃5mm。由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定的影响，因此希望在根踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，还有其它一些性能要求，如摆动功能、焊接传感器（起始点检测、焊缝跟踪）的接口功能、焊枪防碰功能等。
1．焊接规范的设定。起弧、收弧参数。
2．摆动功能。摆动频率、摆幅、摆动类型的设定。
3．焊接传感器。起始点检测、焊缝跟踪传感器的接口功能。
4．焊枪防碰功能。当焊枪受到不正常的阻力时，机器人停机，避免操作者和工具受到损坏。
5．多层焊功能。应用该功能可以在第一层焊接示教完成后，实现其余各层的自动编程。6．再引弧功能。引弧失败后，自动重试。因此消除了焊接异常（引弧失败）发生时引起的作业中断，最大限度避免了因此而引起的全线停车。
7．焊枪校正功能。焊枪与工件发生碰撞时，可通过简单操作进行校正。
8．粘丝自动解除功能。焊接终了时如果检测出焊丝粘丝，则自动再通电解除粘丝，因此不必手工剪断焊丝。
9．断弧再启动功能。出现断弧时，机器人会按照指定的搭接量返回重新引弧焊接。因此无须补焊作业。
2．2．2点焊机器人的性能要求
对于点焊机器人运动速度是一个重要指标，要求能够快速完成小节距的多点定位（例如每0.3-0.4秒移动30-50mm节距后定位）;为确保焊接质量，定位精度要求较高（一般为 0〃25mm）; 并具有较大的持重（50～100Kg），以便携带内装变压器的焊钳。
2．3机器人选择方法
1机器人的结构类型的确定
机器人类型的选择主要取决于机器人的目标作业类型，如汽车底盘的点焊用四自由度的点焊机器人就够了，复杂工件的焊接一般需要六自由度机器人。
2手腕的容许载荷
选择机器人时首先要考虑机器人的最大承载能力，如对于OTC公司生产的DR-4000机器人其最大承载能力为6公斤，如下图表示。当安装标准焊枪时不会产生任何问题，但当用于搬运或其它类似的目的时，还应保证各腕部轴所承受的扭矩和转动惯量满足手册中规定的要求。3动作范围的确定
机器人的种类确定后，还要检查其动作范围是否满足作业的要求。机器人的动作范围一般指腕部轴的回转中心（P点）的动作范围。如图所示DR-4000机器人的动作范围。在实际作业时由于装有焊接工具，其作业范围将发生变化，因而需要进一步对其作业范围进行确认。
使用焊接机器人应注意的几个问题
2．4如何导入焊接机器人
焊接机器人的应用技术是机器人技术、焊接技术和系统工程技术的融合。国内在引用焊接器人应用工程方面走过了一段曲折的道路，机器人的运行情况不尽人意，分析其原因主要存在以下问题：
1机器人及周边设备选型不合理，系统配臵不全或不当。
2对国内人员的培训没有跟上，没有完全掌握设备的性能和使用方法。
3缺乏足够的售前、售中技术支持和良好的售后服务。
4机器人操作、维护人员不能相对固定或人员流失。
5国外系统不适合国内工艺现状。
1．明确导入机器人的目的：
1技术工人和熟练工人不足
2使工人从危险作业环境中解脱出来（高温、搬送重物等）
3提高和稳定产品质量
4提高劳动生产率（省人、省力）
5其他（生产管理的要求，提高企业形象等）。
机器人导入目的的不同，机器人的选择、机器人化的实现范围以及经济的评价（投资额）亦不同。
选择焊接工件：
1机器人适于的工件：多品种、中等批量。
2高质量的工件，工件的一致性误差控制在一定范围，因此首先应从技术上易于实现的对象进行，然后分步逐步解决。
确定方案
项目承揽方在对用户原有生产线充分考察的基础上，根据用户提出的要求及工件的特点，
提出初步方案（一般两、三种），并与用户充分讨论，确定最终方案。
讨论的内容包括：
1工件的分析，包括：材料、结构、图纸、实物、技术要求分析。
2前道工序的质量确认及分析
3工艺条件及工艺参数初步分析
4工艺路线划分确定
5焊接节拍和生产节拍分析
6机器人选型和系统配臵
7周边设备及夹具方案确定
8设备布局与物流
9经济评估
10方案评价（是否符合综合性的省力、自动化的方向，是否符合规格化、标准化的方针，是否适应产品更新换代的要求，安全性可维护性等）
工程设计
项目承揽方对确定的方案进行进一步的设计，包括系统的配臵选型，周边装臵、夹具设计，控制系统的设计，焊接工艺的制定等，在该过程中双方互相勾通，发现问题及时解决。
工程实施
机器人、周边设备及其配套设施的安装、调试运行，以及组织管理和人员培训。
后期维护是致关重要的一个环节，也是用户最关心的，如果后期维护跟不上，将影响整个生产线的运行。目前国内机器人工程使用效果不好，这也是一个主要原因。主要在于：
1国外直接供货的设备服务跟不上，不论是售后服务的及时性，服务的质量，解决问题的彻底性都比较差。
2国内代理的短期行为，只管自己挣钱，不考虑用户使用的好坏。
3培训人员由于语言的障碍，技术难度的障碍，没有真正掌握设备的特性。
4培训人员的流失或责任心不强。
沈阳自动化研究所做为机器人技术国家研究中心，做为日本OTC公司、安川电机和德国reis 公司的技术服务中心，在承担机器人应用工程时，采取如下措施：
1建立专门的生产服务负责人，负责到底，直到用户满意。
2国外进口设备建立备品、备件库以保证系统维护的及时性。
3国内任何地区承诺48小时到现场。
4用户人员无限期培训，直到会用为止。
5实行有效期保修服务
6长期服务
在质量第一，用户至上，精心设计制造，保持一流水平的我所质量方针的指导下，沈阳自动化研究所机器人工程部将竭诚为广大用户服务，与广大用户一起推动我国机器人技术产业化进程。
各种焊接机器人的系统构成及周边装臵
焊接机器人的周边装臵主要包括焊接变位机、移动滑台、回转工作台、焊枪清理装臵等。
1.焊接变位机
焊接变位机是通过倾斜和回转动作，将工件臵于便于实施焊接作业位臵的机械或机器。焊接变位机与机器人连用可缩短辅助时间，提高劳动生产率，改善焊接质量。焊接变位机在机器人焊接作业中是不可缺少的周边设备，根据实际生产的需要焊接变位机可以有多种形式。从驱动方式来看，有普通直流电机驱动、普通交流电机驱动及可以与机器人同步协调运动的交流伺服驱动。
2.移动滑台
移动滑台也是焊接机器人的一个重要的周边装臵，其主要用途是安臵机器人或焊丝架，特别是在焊接大型工件时，移动滑台加大了机器人的工作范围，移动滑台的形式主要有以下几种。
3.焊枪清理装臵
焊枪清理装臵主要包括剪丝、沾油、清渣以及喷嘴外表面的打磨装臵。剪丝装臵主要用于用焊丝进行起始点检出的场合，以保证焊丝的干伸长度一定，提高检出的精度；沾油是为了使喷嘴表面的飞溅易于清理；清渣是清除喷嘴内表面的飞溅，以保证保护气体的通畅；喷嘴外表面的打磨装臵主要是清除外表面的飞溅。
4.自动换枪装臵
用于不同填充材料的自动焊接。
3．4焊接机器人的主要性能指标
焊接机器人的主要性能指标以日本安川电机公司生产的Motoman-L10为例表示如下：
⑴名称与型号Motoman-L10
⑵主要用途弧焊
⑶类别示教再现型
⑷坐标型式多关节式
⑸自由度数5个
⑹抓重最大10㎏（包括夹钳）
⑺动作范围与速度运动参数列表如下：
表3-1 Motoman-L10运动参数
⑻定位方式选用增量编码器作为位臵检测元件
⑼控制方式重复式数字位臵控制方式，可精确控制运动轨迹
⑽重复定位精度±0.2mm;
⑾驱动方式电伺服采用交流测速发电机作为伺服电动机的速度检测元件，实现速度反馈，并引进力矩反馈；
⑿驱动源DC伺服电动机
⒀程序控制和存储方式采用8位微处理Intel8080用半导体存储器作为主存（盒式磁带补充主存容量之不足）
程序步数：1000步
指令条数：600条
⒁轮廓尺寸如图所示
图3-3 Motoman-L10外形尺寸与动作范围
⒂重量本体400㎏控制部分350㎏
⒃外部同步信号输入22点输出21点
⒄电源AC220/220V（+10%，-15%），
50/60HZ±1HZ，三相5KVA
2.4焊接机器人的系统构成
机器人要完成作业，必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系统一般有如下几部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪和焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等，如图所示。
根据用途，将工业机器人配臵不同的焊接系统，将组成不同的焊接机器人系统，各种不同的焊接机器人系统的主要设备构成如下表所示。
（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。弧焊机器人是包括电弧焊附属装臵在内的柔性焊接系统，而性能有特殊的要
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。因此运动过程中的速度稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约为5~50㎜/s，轨迹精度约为±（0.2~0.5）㎜。由于焊枪的姿态对焊缝质量有一定的影响，因此希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，其一些基本性能要求如下所示：
①设定焊接条件（电流、电压、速度等）；
②摆动功能；
③坡口填充功能；
④焊接异常功能检测；
⑤焊接传感器（起始点检测、焊道跟踪）的接口功能。
（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。最初，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作业性能，具体来说有：
①安装面积小，工作空间大；
②快速完成小节距的多点定位（例如每0.3~0.4s移动30~50㎜节距后定位）；
③定位精度高（±0.25㎜），以确保焊接质量；
④持重大（50~100㎏），以便携带内装变压器的焊钳；
⑤内存容量大，示教简单，节省工时；
⑥点焊速度已生产线相匹配，同时按全可靠性好。
3．3焊接机器人的系统构成
图2-1焊接机器人系统原理图
机器人操作机时焊接机器人系统的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节以及内部传感器（编码盘）等组成。它的任务是精确的保证末端操作器所要求的位臵、姿态和实现其运动。根据定义，工业机器人操作机从结构上应具有三个以上的可自由编程的运动
关节，可见其分为主要关节和次要关节两个层次，不同数目和层次关节组合决定了相应的机器人工作空间。由于具有六个旋转关节的铰接开链式机器人操作机从运动学上已被证明能以最小的结构尺寸为代价获取做大的工作空间，并且能以较高的位臵精度和最优的路径达到指定位臵，因而这种类型的机器人操作机在焊接领域得到广泛地运用。
变位机作为机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部分，其作用是将被焊工件旋转（平移）到最佳的焊接位臵。在焊接作业前和焊接过程中，变位机通过夹具来装卡和定位被焊工件，对工件的不同要求决定了变位机的负载能力及其运动方式。为了使机器人操作机充分发挥效能，焊接机器人系统通常采用两台变位机，当其中的一台上进行焊接作业时，另一台则完成工件的上装和卸载，从而使整个系统获得最高的费用效能比。
机器人控制器是整个机器人系统的神经中枢，它由计算机软件、硬件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人运动学软件、机器人控制软件、机器人自诊断及自保护软件等。控制器负责处理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。所有现代机器人的控制器都是基于多处理器，根据操作系统的指令，工业控制计算机通过系统总线实现对不同组件的驱动及协调控制。典型的焊接机器人控制系统结构如图所示。
焊接系统是焊接机器人完成作业的核心装备，其主要由焊钳（点焊机器人）、焊枪（弧焊机器人）、焊接控制器及水、电、气等辅助部分组成。焊接控制器是由微处理器及部分外围接口芯片组成的控制系统，它可根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输入、焊接程序控制及焊接系统的故障自诊断，并实现与本地计算机及手控盒的通讯联系。用于弧焊机器人的焊接电源及送丝设备由于参数选择的需要，必须由机器人控制器直接控制，电源在其功率和接通时间上必须与自动过程相符。
图3-2焊接机器人控制器系统结构原理图
在焊接过程中，尽管机器人操作机、变位机、装卡设备和工具能达到很高的精度，但由于存在被焊工件几何尺寸和位臵误差，以及焊接过程中热输入能引起工件的变形，传感器仍使焊接过程中（尤其是焊接大厚工件时）不可缺少的设备。传感器的任务是实现工件坡口的定位、
跟踪以及焊缝熔透信息的获取。
中央控制计算机在工业机器人向系统化、PC化和网络化的发展过程中发挥着重要的作用。通过串行接口与机器人控制器相连接，中央控制计算机主要用于在统一层次和不同层次的计算机形成网络，同时以传感系统相配合，实现焊接路径和参数的离线编程、焊接专家系统的应用及生产数据的管理。
安全设备是焊接机器人系统安全运行的重要保障，其主要包括驱动系统过热自断电保护、动作超限位自断电保护、超速自断电保护、机器人系统工作空间干涉自断电保护及人工急停断电保护等等，他们起到防止机器人伤人或周边设备的作用。在机器人的工作部还装有各类触觉和接近传感器，可以使机器人在过分接近工件或发生碰撞时停止工作。
3.焊接机器人的示教编程
机器人是怎样运动的？焊接机器人是如何工作的？操作机器人进行焊接需要掌握哪些焊接知识呢？通过本章的学习，你基本上可以使用机器人来进行焊接了。
用机器人代替人进行作业时，必须预先对机器人发出指令，规定机器人应该完成的动作和作业的具体内容，这个指示过程称之为对机器人的示教（teaching），或者称之为对机器人的编程（programming）。对机器人的示教内容通常存储在机器人的控制装臵内，通过存储内容的再现（playback），机器人就能实现人们所要求的动作和要求人们赋予的作业内容。
机器人的示教方式有多种形式，但目前使用最多的仍然是示教再现方式。虽然示教再现方式机器人有占用机时、效率低等诸多缺点，人们试图在传感器的基础上使机器人智能化，目的是取消示教，但在复杂的生产现场和作业可靠性等方面到处碰壁，难以实现，因此目前人们仍然脱离不了示教再现方式的状态。
示教内容主要由两部分组成，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教。机器人运动轨迹的示教主要是对为了完成某一作业，焊丝端部所要运动的轨迹，包括运动类型和运动速度的示教。机器人作业条件的示教主要是为了获得好的焊接质量，对焊接条件进
行示教，包括被焊金属的材质、板厚、对应焊缝形状的焊枪姿势、焊接参数、焊接电源的控制方法等。
目前机器人语言还不是通用型语言，各机器人生产厂都有自己的机器人语言，给用户使用带来了很大的不便，但各种机器人所具有的功能却基本相同，因此只要熟悉和掌握了一种机器人的示教方法，对于其它种类的机器人就会很容易学会。
3.1机器人的运动轴及坐标系
机器人是由运动轴和连杆组成的，而其运动方式是在不同的坐标系下进行的，为了掌握机器人的示教方法，应首先了解机器人的坐标系及各运动轴在不同坐标系下的运动。
3.1.1机器人各轴的名称
机器人系统中，除了机器人本身外还包括一些周边设备，如变位机、移动滑台等。将运动轴按其功能划分为：机器人本体轴、基座轴和工作台轴。基座轴和工作台轴统称为外部轴，如图2.11所示。机器人本体轴属于机器人本身，基座轴是使机器人移动的轴的总称，主要为移动滑台。工作台轴是除机器人轴、基座轴以外的轴的总称，如变位机、翻转机等。
图2.11 机器人各轴的名称
3.1.2坐标系分类及各轴的运动
在大部分商用机器人系统中，坐标系一般分五类：关节坐标系、绝对坐标系（直角坐标系）、工具坐标系、圆柱坐标系和用户坐标系。机器人的运动是根据不同的作业轨迹的要求，在这五种坐标系下的运动。
3.1.2.1关节坐标系
机器人是有多个运动关节组成的，在关节坐标系下的运动，就是机器人各个关节的独立运动, 如图2.12所示。
对大范围运动，且不要求机器人末端姿态的，则选择关节坐标系。对外部轴来说，只有关节坐标系可选。
在关节坐标系下，每个轴单独运动，关节运动方式如下：
图2.12 关节坐标系下各个轴的运动
3.1.2.3绝对坐标系
绝对坐标系的原点定义为机器人的安装面和第一转动轴的交点。X轴向前，Z轴向上，Y轴按右手规则定义。
在绝对坐标系（直角坐标系）中，机器人的运动指机器人末端点的运动，在未装工具时，机器人的末端点指六轴法兰盘的中心点，在安装工具后，机器人的末端点指的是焊钳开口的中心点或焊枪的枪尖。
在绝对坐标系下，机器人末端轨迹沿定义的X、Y、Z方向运动，其运动方式如图2.13所示。
图2.13 绝对坐标系及各轴的运动
3.1.2.3圆柱坐标系
圆柱坐标系的原点与绝对坐标系的相同，Z 轴向上，轴方向为本体S轴转动方向，r轴平行于本体L轴, 如图2.14所示。
—轴
图2.14 圆柱坐标系及各轴的运动
3.1.2.4工具坐标系
工具坐标系定义在工具尖，并且假定工具的有效方向为Z轴，X轴垂直于工具平面，Y轴由右手规则产生，如图2.15所示。
在工具坐标系中，机器人末端轨迹沿工具坐标的X、Y、Z轴方向运动，机器人的运动方式如下：
图2.15 工具坐标系及各轴的运动
3.1.2.5用户坐标系
用户坐标系是用户根据工作方便的需要，自行定义的坐标系，用户可根据需要定义多个坐标系, 如图2.16所示。
在用户坐标系下，机器人末端轨迹沿用户自己定义的坐标轴方向运动，其运动方式如下：
图2.16 用户坐标系及各轴的运动
3.1.2.6TCP（工具控制点）固定功能
除了关节坐标系外，在其它坐标系下都有TCP固定功能，即在工具控制点位臵保持不变的情况下，只改变工具的方向（姿态）如图2.17所示。在TCP固定功能下各轴的运动如下:
在不同坐标系下腕运动轴的转动方向是不同的。图2.18、2.19、2.20分别为直角/圆柱坐标系、工具坐标系和用户坐标系下的X、Y、Z轴的方向。
图2.17 TCP固定功能示意图
图2.18 笛卡儿/圆柱坐标系下的X、Y、Z轴
图2.19 工具坐标系下的X、Y、Z轴
图2.20 用户坐标系下的X、Y、Z轴
3.1.3机器人的运动类型和速度
运动类型决定机器人再现时各步之间的运动路径，再现速度是机器人末端点的运动速率，通常每一步的位臵数据、运动类型和速度记录在一起。
3.1.3.1点位运动类型
点位运动类型通常用于机器人向下一步运动不需要特定路径的场合。为了安全，示教第一步一般用点位运动类型。点位运动类型的速度用最大速度的百分比来表示。
3.1.3.2直线运动类型
示教直线运动类型时，机器人沿直线运动到该示教点。直线运动类型一般用于作业路径的示教，或为防止与周边设备的干涉，在周边设备内部也采用祖先运动类型。直线运动类型的速度一般表示为cm/min或mm/sec。
3.1.3.3圆弧运动类型
单个圆弧运动类型的示教一般需要三点，如图2.21所示的P1、P2、P3点。当需要连续多个圆弧运动时，两段圆弧运动必须由一个关节或直线运动点隔开，且第一段圆弧的终点和第二段圆弧的起点重合，如图2.22所示的P4点既为重合点。
图2.21 单个圆弧运动的示教
图2.22 连续多个圆弧运动的示教
3.6焊接机器人的示教与编程
用机器人代替人进行作业时，必须预先对机器人发出指令，规定机器人应该完成的动作和
作业的具体内容，这个指示过程称之为对机器人的示教（teaching），或者称之为对机器人的编程（programming）。对机器人的示教内容通常存储在机器人的控制装臵内，通过存储内容的再现（playback），机器人就能实现人们所要求的动作和要求人们赋予的作业内容。
对机器人进行示教分直接示教和间接示教两种主要方法，图2.23对各种示教方法进行了归纳，图2.24为各种示教方法的形象示意图。
图2.23 工业机器人的示教方法
图2.24 机器人示教方法的形象示意图
由于示教再现方式机器人有占用机时、效率低等诸多缺点，人们试图在传感器的基础上使机器人智能化，目的是取消示教，但在复杂的生产现场和作业可靠性等方面到处碰壁，难以实现，因此目前人们仍然脱离不了示教再现方式的状态。
目前机器人语言还不是通用型语言，各机器人生产厂都有自己的机器人语言，给用户使用带来了很大的不便，但各种机器人所具有的功能却基本相同，因此只要熟悉和掌握了一种机器人的示教方法，对于其它种类的机器人就会很容易学会。下面以日本DAIHEN公司生产的OTC机器人为例，来说明焊接机器人的示教过程。
3.6.1示教内容
图2.25表示机器人控制器和用于示教的示教盒。示教盒由液晶屏幕和进行各种操作、输入条件等按钮组成。
图2.25机器人的控制器及示教盒
示教内容主要由两部分组成，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教。机器人运动轨迹的示教主要是对为了完成某一作业，焊丝端部所要运动的轨迹，包括运动类型和运动速度的示教。机器人作业条件的示教主要是为了获得好的焊接质量，对焊接条件进行示教，包括被焊金属的材质、板厚、对应焊缝形状的焊枪姿势、焊接参数、焊接电源的控制方法等。
图2.26表示机器人的语言，在示教方式中，利用轴操作按钮实际地引导机器人，进行位臵的
ＶＩ１．１论文的选题意义 第１章绪论 自动化的焊接机器人能提供稳定地焊接质量，减轻人的劳动强度，提高工作 效率，降低生产成本，在工业领域得到了广泛的应用。但应用于工业生产中的焊 接机器人大多是固定的，主要通过机械臂的活动来工作，又由于空间的限制使得 机器人的工作范围、工作对象大大受到限制。在大型工件，如：石化工业中的大型 储油罐、球罐、管道的焊接，多在现场作业，焊接位置手工作业难以达到，恶劣 的工作环境不仅增大了工人的劳动强度，而且影响焊接质量。工程应用中亟待开 发出能够取代工人手工操作的低成本自动化的焊接设备，以减少生产过程中人为 因素的影响，提高焊接质量，这些情况都对移动焊接机器人的研究和应用提出了 迫切的要求。 现在，国外在这方面的技术基本成熟，但国内各单位对这些技术的了解有相 当部分还停留在文献上或局部上。所以应该从基本做起，开展一些基础技术研究 作为机器人课题的主要研究与开发内容之一。 １．２焊接机器人的发展历程 自从世界上第一台工业机器人ＵＭＭＡＴＥ于１９５９年在美国诞生以来，机器人的 应用和技术发展经历了三个阶段：第一代是示教再现型机器人。这类机器人操作 简单，不具备外界信息的反馈能力，难以适应工作环境的变化，在现代化工业生 产中的应用受到很大限制。第二代是具有感知能力的机器人。这类机器人对外界 环境有一定的感知能力，具备如听觉、视觉、触觉等功能，工作时借助传感器获 得的信息，灵活调整工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。第三代是智 能型机器人。这类机器人不但具有感觉能力，而且具有独立判断、行动、记忆、 推理和决策的能力，能适应外部对象、环境协调地工作，能完成更加复杂的动作， 还具备故障自我诊断及修复能力。焊接机器人就是在焊接生产领域代替焊工从事 焊接任务的工业机器人。早期的焊接机器人缺乏“柔性＂，焊接路径和焊接参数 须根据实际作业条件预先设置，工作时存在明显的缺点。随着计算机控制技术、 人工智能技术以及网络控制技术的发展，焊接机器人也由单一的单机示教再现型 向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展¨。６３。 换页 移动焊接机器人系统研究 １．３焊接机器人国内外应用现状 焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点， 广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。据不完全 统计，全世界在役的工业机器人中大约有一半用于各种形式的焊接加工领域。截 止２００５年，全世界在役工业机器人约为９１．４万台，其中日本装备的工业机器人总量达到了５０万台以上，成为“机器人王国”，其次是美国和德国：在亚洲，日本、 韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量居世界前三位。近几 年，全球机器人的数量在迅速增加，仅２００５年就达１２．１万台。我国自上世纪７０年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取 得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。据不 完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过 ４０％，焊接机器人的增长率超过了６０％；２００４年国产工业机器人数量突破ｌ４００台，
焊接机械手毕业设计 【篇一：自动焊接机械手设计(毕业设计)】 自动焊接机械手设计 1 绪论 1.1 技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测 传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三 维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多 品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、 人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动 化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长 和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速 反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗 恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它 是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术 领域不可缺少的自动化设备。 1.2 现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： (1)工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操 作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3 万美元降至97年的6．5万美元。 (2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组 方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便 于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模 块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加 速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、
摘要 随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良程度直接影响着零件或产品的质量。国焊接机器人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求相差甚远。因此，大力研究并推广焊接机器人技术势在必行。 本设计的重点是运用机械原理和机械制造装备设计方法设计焊接机器人的 实践和方法。本次设计，是在了解焊接机器人在国外现状的基础上，进而掌握焊接机器人部结构和工作原理，并对手臂和腕部进行结构设计。合理布置了液压缸。同时了解机器人机械系统运动学及运动控制学。为工业上焊接机器人的设计提供理论参考、设计参考和数据参考，为工业设计者提供设计理论和设计实践的参考。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。 关键字：焊接机器人液压系统机械机构设计
Abstract With the development of technology and the increase in industrial demand, welding in industrial production occupied more and more weight, and excellent welding technology directly affects the degree of the quality of parts or products.Although the domestic application of welding robot with a certain scale, but falls far short of the overall demand for welding.Therefore, great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative. The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machinery and equipment design and methods of practice welding robot.The design of the welding robot in understanding the basis of the status quo at home and abroad, and then grasp the welding robot and working principle of the internal structure, and structural design of the arm and wrist.Rational arrangement of the hydraulic cylinder.At the same time understand the robot mechanical system kinematics and motion control study.For the design of industrial welding robots to provide a theoretical reference, reference and data reference design for industrial designers and design practice, design theory reference.The robot has a good rigidity, high precision location, stable characteristics. Keyword:Welding robot；hydraulic system；mechanical structure design
焊接机器人应用现状及发展趋势 据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。图4所示是这两种焊接机器人在工业机器人中所占的大致比例。我们所说的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。这些焊接机器人中有的是为某种焊接方式专门设计的，而大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以完成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊接、卸料等多种任务，机器人可以根据程序要求和任务性质，自动更换机器人手腕上的工具，完成相应的任务。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程中，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其它加工过程的检测那么容易，因此，焊接机器人的应用并不是一开始就用于电弧焊过程的。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且
开题报告 （20**届） 5自由度焊接机器人总体及大臂与腰部 设计 学生姓名 学号 院系 专业 指导教师 填写日期
一、本课题国内外状况，说明选题依据和意义 焊接机器人是目前最大的工业机器人应用领域。由于汽车制造业对许多构件的焊接精度和速度等指标提出越来越高的要求，一般工人已难以胜任这一工作；此外，焊接时的火花及烟雾等，对人体造成危害，因此，焊接过程的完全自动化已成为重要的研究课题，其中，最为重要的就是要应用焊接机器人。随着近代模糊数学和神经网络的出现，以及PC机与焊接机器人的结合应用，有效解决了专用控制器计算负担重、实时性差等问题.还能够将具他领域如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等先进的研究成果应用到该系统的实时操作中。焊接过程中存在很多不确定的因素，是一个典型的时变非线性系统，难以建立精确的数学模型。因此，采用与模型无关的人工神经网络或模糊控制技术更为合适。 我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业，1984起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于1988年开发了机器人车身总焊线。 80年代末和90年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自动化程度与装备水平，让我们认识到了与国外的巨大差距。随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接机器人。可以说90年代以来的技术引进和生产设备、工艺装备的引进使我国的汽车制造水平由原来的作坊式生产提高到规模化生产，同时使国外焊接机器人大量进入中国。由于我国基础设施建设的高速发展带动了工程机械行业的繁荣，工程机械行业也成为较早引用焊接机器人的行业之一。近年来由于我国经济的高速发展，能源的大量需求，与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术，焊接机器人逐渐崭露头角。铁路机车行业由于我国货运、客运、城市地铁等需求量的不断增加，以及列车提速的需求，机器人的需求一直处于稳步增长态势。据2001年统计，
摘要 据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。我们所说的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。这些焊接机器人中有的是为某种焊接方式专门设计的，而大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以完成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊接、卸料等多种任务，因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 本次我所设计的机器人为五自由度弧焊机器人。本说明书对本次设计的主要考虑内容进行了叙述和讲解，包括机器人的总体设计以及传动系统的构成与设计，电动机的选择，圆锥齿轮的设计与校核，谐波减速器的原理以及选择，腕部转动轴的校核，齿形带规格的选择以及滚动轴承的选择与校核等。 由于设计经验不足以及理论知识的匮乏，本次设计肯定存在许多不足之处，望答辩老师谅解并不吝赐教。 关键词焊接机器人；齿形带传动；谐波减速器；五自由度
ABSTRCT According to incomplete statistics, nearly half of the world's industrial robots in service are used for welding. The most common application of welding robot are in two main ways, spot welding and arc welding. The welding robot we are talking about is actually industrial robots which are doing the work in the welding tasks instead of welding production welder. Some of this welding robot is specially designed for welding while most of them are actually a common industrial robot fitted with a welding tool. In multi-task environment, a robot can even complete many kinds of work including the grasp of welding, handling, installation, welding, unloading and other tasks,. Therefore, in a sense, the history of the development of industrial robots is the history of the development of welding robot. It is well known that the welding processing on one hand requires on skilled operational skills, rich practical experience and stable level of welding; on the other hand, welding is a work with poor working conditions, dust, and heat radiation and high-risk. The emergence of industrial robots first makes people naturally think of using it to replace the manual welding to reduce labor intensity. But also it ensures the welding quality and enhances the efficiency of welding. The robot I designed is a DOF arc welding robot. The design statement mainly include design of robot's drive system and the its composition, the choice of motor, design of bevel gear and verification, the principle of harmonic reducer and its choice, wrist Check the Department of rotational axis, the choice of rolling bearings and its checking and so on. KEY WORDS welding robot; profile belt transmission; harmonic reducer; 5-DOF
焊接机器人的现状及发展趋势 2009-03-11 11:03:46| 分类：机器人系统集成相| 标签：|字号大中小订阅 焊接机器人的现状及发展趋势 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊 接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机 器人的出现使人们自然而然首先想到用它代 替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时 也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程中，被焊工件由于局 部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因 此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根 据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整 焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝 轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必 须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取
相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其它加工过程的检测那么容易，因此，焊接机器人的应用并不是一开始就用于电弧焊过程的。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且不需要焊缝轨迹跟踪，对机器人的精度和重复精度的控制要求比较低。图5所示为不同形式的机器人点焊钳。点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用大大提高了汽车装配焊接的生产率和焊接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一条生产线上对不同的车型进行装配焊接。
焊接机器人的应用 焊接机器人技术的发展 我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容，这样就把机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。与此同时于1986年将发展机器人列入国家"863"高科技计划。在国家"863"计划实施五周年之际，邓小平同志提出了"发展高科技，实现产业化"的目标。在国内市场发展的推动下，以及对机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家"八五"和"九五"中。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。 焊接机器人的应用状况 我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。一汽是我国最早引进焊接机器人的企业，1984年起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于1988年开发了机器人车身总焊线。80年代末和90年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自
Weld robot application present condition According to incompletely statistics, the whole world about has in the industrial robot of service nearly half of industrial robots is used for multiform weld to process realm, weld robot of application in mainly have two kinds of methods most widespreadly, then order Han and electricity Hu Han.What we say's welding robot is in fact welding to produce realm to replace a welder to be engaged in the industrial robot of welding the task.These weld to have plenty of to design for being a certain to weld a way exclusively in the robot of, but majority ofly weld robot in fact is an in general use industrial robot to pack up a certain weld tool but constitute.In many task environments, a set robot even can complete include weld at inside of grasp a thing, porterage, install, weld, unload to anticipate etc. various tasks, robot can request according to the procedure with task property and automatically replace the tool on the robot wrist, the completion corresponds of task.Therefore, come up to say from a certain meaning, the development history of industrial robot is the development history that welds robot. Know to all, weld to process to request that welder have to have well-trained operation technical ability, abundant fulfillment experience, stability of weld level;It is still a kind of labor condition bad, many smoke and dust, hot the radiation is big, risk Gao of work.The emergence of the industrial robot makes people naturally thought of first the handicraft that replace a person with it welds and eases the welder's labor strength, can also promise to weld quality and exaltation to weld an efficiency at the same time. However, weld again with other industry process process different, for example, electricity Hu Han process in, drive welder piece because of part heat melt with cool off creation transform, the Han sews of the track will therefore take place to change.Handicraft Han the experienced welder can sew position according to the actual Han observed by eyes adjustment Han in good time the position, carriage of the gun and run about of speed to adapt to the variety that the Han sews a track.However the robot want to adapt to this kind of variety, have to the position and status of gun that want to"see" this kind of to change, then adopt homologous measure to adjust Han like person first, follow while carrying out to sew actually to the Han.Because the electricity Hu welds to have in process strong arc light, give or get an electric shock Hu noise, smoke and dust and Rong drop transition unsteady and causable Han silk short circuit, big electric current strong magnetic field etc. complicated environment factor of existence, the robot wants to examine and identifies a withdrawing of the signal characteristic needed for sewing Han and don't seem to be industrial the other in the manufacturing to process the examination of process so easily, therefore, welding the
焊接机器人生产制造项目 策划方案 规划设计/投资分析/产业运营
报告说明— 焊接自动化装备广泛采用数字化、图形化的人机操作界面，设备拥有 专家数据库、控制参数实时显示、人机交互等功能，使设备操作更加容易、更加方便。随着技术的不断完善，数字显示技术在人机交互、控制参数实 时监测中将得到普遍运用。 该焊接机器人项目计划总投资13488.83万元，其中：固定资产投资10266.58万元，占项目总投资的76.11%；流动资金3222.25万元，占项目 总投资的23.89%。 达产年营业收入21857.00万元，总成本费用17284.25万元，税金及 附加230.43万元，利润总额4572.75万元，利税总额5433.90万元，税后 净利润3429.56万元，达产年纳税总额2004.34万元；达产年投资利润率33.90%，投资利税率40.28%，投资回报率25.43%，全部投资回收期5.43年，提供就业职位307个。 这两年国内焊接机器人市场规模在持续扩大，市场增速在高速增长， 截至2018年销售额已经突破100亿元，年均复合增长达到15%以上。
第一章项目基本信息 一、项目概况 （一）项目名称及背景 焊接机器人生产制造项目 焊接机器人广泛用于汽车行业，以较低的复杂性焊接汽车内部和外部零件。焊接机器人具有特定的接近度，可以帮助它们正常运行。此外，焊接机器人配备了传感器和控制器，可以均匀地进行焊接。 近年来，随着经济的持续增长，产业结构的不断变化，人工成本开始成为制约工业制造业升级的重要因素，招工难、用工难、留工难等问题，日益困扰着企业的有效发展。在此背景下，当前工业焊接领域正在迎来生产模式的全面升级，以焊接机器人为代表的新型焊接模式，正在打破传统人工作业所带来的成本、环境、工作强度和专业要求等多重限制，凭借着各种新型科技的融合，推动着工业焊接走向智能化、精准化、高效化的发展之路。 （二）项目选址 xxx出口加工区
珠海固得焊接自动化设备有限公司陈裕川江维何奕波摘要：在现代焊接机器人工作站中，变位机是实现高效、优质焊接生产的重要组成珠海固得焊接自动化设备有限公司陈裕川江维何奕波 摘要：在现代焊接机器人工作站中，变位机是实现高效、优质焊接生产的重要组成部件。本文概述了机器人焊接变位机的种类和结构形式，列举了焊接变位机在机器人工作站中典型的应用实例，详细地论述了机器人焊接变位机的技术要求、设计准则和计算方法，介绍了标准型机器人变位机的主要技术特性参数。 关键词：机器人工作站；变位机；设计准则 1 前言 在现代工业生产中，机器人的应用越来越普遍。为充分发挥机器人的功效，其通常与各种焊接变位机组合使用，从而实现高效、优质的焊接生产。目前，焊接变位机已成为焊接机器人工作站不可缺少的组成部分。一台较复杂的多轴焊接变位机的价格往往超过标准机器人本身的价格，可见焊接变位机的重要性。因此，必须重视焊接变位机的设计与制造。迄今，我国尚未制定焊接变位机设计规程，本文根据相关的技术文献，概括地讨论了机器人焊接变位机的设计准则。 2 焊接变位机的种类 目前，与机器人配套使用的焊接变位机有多种结构形式。现将最常用的焊接变位机分述如下： 2.1 固定式回转平台。这是一种最简单的单轴变位机，其结构形式见图1。工作平台可采用电机或风动马达驱动。通常工作平台的回转速度是固定不变的，其功能是配合机器人按预编程序将工件旋转一定的角度。 2.2 头架变位机。头架变位机也是一种单轴变位机，其结构形式如图2所示, 卡盘通常由电机驱动。与回转平台不同，其旋转轴是水平的，适用于装卡短小型工件，可配合机器人将工件接缝转到适于焊接的位置。 2.3 头尾架变位机。头尾架变位机由头架和尾架组成，其结构形式见图3，是机器人工作站最常用的变位机。在一般情况下，头架装有驱动机构，带动卡盘绕水平轴旋转。尾架则是被动的。如工件长度较大或刚度较小，亦可将尾架装上驱动机构，并与头架同步起动。严格地说，头尾架变位机仍属于单轴变位机。尾架在机座轨道上的水平移动在装卡工件时起作用，不与机器人协调动作。
本科毕业设计（论文）通过答辩 毕业设计(论文)开题报告题目：焊接机械手的结构设计 系别机电信息系 专业机械设计制造及其自动化 班级 姓名 学号 导师
毕业设计（论文）综述 背景和研究意义: 机器人的机械设计与一般的机械设计相比，既具有类似性，又有其独特性。从机构学的角度来看，机器人的机械结构可看作是一系列连杆通过旋转关节、移动关节连接起来的开式运动链。与一般机构相比，机器人的开链结构型式具有灵巧性和空间可达性等，但由于开链式结构实际上是一系列悬臂杆件串联而成的，机械误差和弹性变形的累计，影响机器人的刚度和精度。因此，机器人的机械设计既要满足强度要求，又要考虑刚度和精度。另一方面，机器人的机械结构，特别是关节传动系统，是整个机器人伺服系统中的一个组成部分，无论是结构的紧凑性、灵巧性，还是在运动时的稳定性、快速性等伺服性能，都比一般机构有更高的要求。 对焊接机械手的结构设计进行研究，目的是寻找在不同要求下最优的机械结构，以最大效益的满足生产需要。 国内外相关研究情况: 点焊机器人虽然有多种结构形式，但大体上都可以分为3大组成部分，即机器人本体、点焊焊接系统及控制系统。目前应用较广的点焊机器人，其本体形式为直角坐标简易型及全关节型。前者可具有1～3个自由度，焊件及焊点位置受到限制；后者具有5～6个自由度，能在可到达的工作区间内任意调整焊钳姿态，以适应多种形式结构的焊接。 焊接机器人基本上都属于电动机驱动的工业机器人、液压驱动的工业机器人这两类工业机器人，弧焊机器人大多采用电动机驱动机器人，因为焊枪重量一般都在10kg 以内。点焊机器人由于焊钳重量都超过35kg。也有采用液压驱动方式的，因为液压驱动机器人抓重能力大，但大多数点焊机器人仍是采用大功率伺服电动机驱动，因它成本较低，系统紧凑。工业机器人是由机械手、控制器、驱动器和示教盒 4 个基本部分构成。对于电动机驱动机器人，控制器和驱动器一般装在一个控制箱内，而液压驱动机器人，液压驱动源单独成一个部件，现分别简述如下： 机械手机器人机械手又称操作机，是机器人的操作部分，由它直接带动末端操作器。实现各种运动和操作，它的结构形式多种多样，完全根据任务需要而定，其追求的目标是高精度、高速度、高灵活性、大工作空间和模块化。现在工业机器人机械手的主要结构形式有如下 3 种： 1、机床式这种机械手结构类似机床。其达到空间位置的3个运动。是由直线运动构成，其末端操作器的姿态由旋转运动构成，这种形式的机械手优点是运动学模型
焊接机器人发展现状 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。 当前我国的机器人生产都是应用户的要求，单户单次重新设计，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。 焊接机器人的编程方法目前还是以在线示教方式为主，但编程器的界面比过去有了不少改进，尤其是液晶图形显示屏的采用使新的焊接机器人的编程界面更趋友好、操作更容易。然而，机器人编程时焊缝轨迹上的关键点坐标位置仍必须通过示教方式获取，然后存入程序的运动指令中。这对于一些复杂形状的焊缝轨迹来说，必须花费大量的时间示教，从而降低了机器人的使用效率，也增加了编程人员的劳动强度。目前解决的方法有两种：一是示教编程时只是粗略获取几个焊缝轨迹上的几个关键点，然后通过焊接机器人的视觉传感器通常是电弧传感器或激光视觉传感器自动跟踪实际的焊缝轨迹。这种方式虽然仍离不开示教编程但在一定程度上可以减轻示教编程的强度，提高编程效率。由于电弧焊本身的特点，机器人的视觉传感器并不是对所有焊缝形式都适用。二是采取完全离线编程的办法，使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标位置的获取、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人本身的参与。机器人离线编程早在多年以前就有，只是由于当时受计算机性能的限制，离线编程软件以文本方式为主，编程员需要熟悉机器人的所有指令系统和语法，还要知道如何确定焊缝轨迹的空间位置坐标，因此，编程工作并不轻松省时。随着计算机性能的提高和计算机三维图形技术的发展，机器人离线编程系统多数可在三维图形环境下运行，编程界面友好、方便，获取焊缝轨迹的坐标位置通常可以采用“虚拟示教”的办法，用鼠标轻松点击三维虚拟环境中工件的焊接部位即可获得该点的空间坐标；在有些系统中，可通过图形文件中事先定义的焊缝位置直接生成焊缝轨迹，然后自动生成机器人程序并下载到机器人控制系统。从而大大提高了机器人的编程效率，也减轻了编程员的劳动强度。目前，国际市场上已有基于普通机的商用机器人离线编程软件，通过虚拟示教获得，并在三维图形环境中可让机器人按程序中的轨迹作模拟运动，以此检验其准确性和合理性。所编程序可通过网络直接下载给机器人控制器。 焊接机器人发展趋势 目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面： 1)．机器人操作机结构： 通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。 探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。
六自由度机器人结构设计、 运动学分析及仿真 学科：机电一体化 姓名：袁杰 指导老师：鹿毅 答辩日期： 2012.6 摘要 近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获 得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此 研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义 的。 典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在 生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合项 目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。 首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择
其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间的轴剖面。这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了 经验。 第1 章绪论 1.1 我国机器人研究现状 机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动 作业任务的机械装置。 机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及 人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。 我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要
焊接机器人研究现状 摘要介绍了焊接机器人应用意义和应用状况，分析了我国焊接机器人应用方面的不足，从焊缝跟踪技术、专用弧焊电源技术、系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法等方面阐述了焊接机器人的研究现状，探讨分析了焊接机器人的发展趋势，指出视觉控制技术、模糊控制技术、神经网络控制以及嵌入式控制技术将是焊接机器人智能化技术发展的主要方向，并展望了机器人应用和发展前景。 关键词焊接机器人、智能控制、传感技术 0 引言 焊接是一种利用加热或加压的方式将被焊金属或其他热塑性材料连接到一起的方式，已经有了几百年的历史。但是直到20世纪才出现了半自动焊接模式，如埋弧焊、电渣焊等，在这之前工人一直是奋战在施工的第一线。随着自动化技术的发展日新月异，完全自动化的机器人出现了，自1959年美国推出世界上第一台Unimate型机器人以来，工业机器人的数量在世界范围内不断增加，其中有半数以上为焊接机器人。自此，人类终于可以从恶劣的焊接环境中走出来，用机器人代替手工，实现高质量的焊接[1]。 1 焊接机器人应用的重要意义 (1)稳定和提高焊接质量，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度和干伸长量等对焊接结果有着决定作用。采用机器人焊接时，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量稳定。而人工焊接时，焊接速度、干伸长量等都是变化的，很难做到质量的均一性。 (2)改善了劳动条件。采用机器人焊接，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等。对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。 (3)提高劳动生产率。机器人可24h连续生产。随着高速高效焊接技术的应用，采用机器人焊接，效率提高得更为明显。 (4)产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。 (5)缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 2 国内外焊接机器人技术研究现状 从目前国内外对焊接机器人技术研究来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、多台焊接机器人及外围设备的协调控制技术、机器人专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术与机器人用焊接工艺方法5个方面[2-5]。 2.1焊缝跟踪技术的研究 在弧焊机器人施焊过程中，如果焊接条件基本稳定，或者弧焊机器人的工作条件比较适宜，那么机器人一般能够保证焊接质量。但是，由于焊接环境等各种因素的影响，实际的焊接条件经常发生变化。例如：由于强烈的弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等这些焊接中经常出现的情况，往往会使焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至失败。焊接条件的这种变化要求弧焊机器人能够实时检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。为了使得机器