焊接机器人的控制系统浅谈
【摘要】：
本文主要介绍了焊接机器人的控制系统的发展历史及其技术发展现状；介绍了目前焊接机器人使用的控制系统；着重介绍了焊接机器人DSP焊缝跟踪控制系统及其控制系统设计的算法；最后焊阐述了焊接机器人发展的前景。
【关键词】：焊接机器人；控制系统
一、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。
二、焊接机器人控制系统
2.1、控制系统构成
如图2示，球罐焊接机器人的微机控制系统硬件主要由S7-200型PLC微机控制器与各传感器、电机的接口电路组成
2.2、S7-200控制器
采用S7-200控制器模块有：CPU模块、I/O模块、与D/A模块，CPU模块能实现
μ，有各种算术逻辑运算指令及PWM 复杂的实时控制功能，其指令执行时间为0.2s
运算等复杂指令，有中断响应、高速脉冲输出等功能，有大量的位存储器、计数器与定时器，及8K字节的EPROM等等;I/O模块采用晶体管端口,有光耦隔离, 输
μ，入、输出电压24V，触点开关频率4KHz；A/D与D/A模块的模数转换时间25s
分辨率12位，输入范围5V
±。
±、输出范围10V
2.3、机器人的主要输入输出接口
（1）I/O口
I/O输入口，包括焊接启、停、复位、焊接方式选择及焊车和焊枪调整等16路开关量的输入，加之摆心光电传感器开关量输入，共用17路I/O输入点。
I/O输出口，三个步进电机的3个使能和3个方向输出，两个直流电机的2个使能和2个方向的输出4个电源、焊接、对中、故障指示灯的输出，共计14路I/O输出。
（2）A/D与D/A口
A/D输入口，5路摆幅、摆速、焊速、左滞时、右滞时A/D输入，1路中心位置传感器、前CCD焊车跟踪和后CDD焊枪跟踪两路光电传感器，共计8路A/D 输出。
D/A输出口，焊缝跟踪步进电机的调频的控制信号采用1路D/A输出，焊接的焊速数码显示的控制信号采用1路的D/A输出，共计使用两路D/A输出。（3）HSC高速计数器
摆动步进电动机的摆幅检测使用HSC1高速计数器,通过检测步进电动机的步频,精确地实现摆幅制控制。
（4）PWM脉宽调制
两路直流电机的调速，通过PLC主机的Q0.0、Q0.1输出的PWM高速脉宽调制信号,控制直流电机驱动电路,将PLC模块输出的PWM脉冲信号变换成可调的直流电机驱动电压信号。
图1 焊接机器人微机控制系统电路组成
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，当前对机器人技术的研究十分活跃。
从目前国内外研究现状来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等七个方面。下面将着重介绍移动式焊接机器人的焊缝跟踪系统。
三、移动式焊接机器人的DSP焊缝跟踪系统
3.1移动式焊接机器人的DSP焊缝跟踪控制系统
在整个焊接过程中，焊接机器人要自动寻找焊缝，实施焊缝的自动跟踪和机器人位姿的自动调整。显然焊接机器人系统是一个复杂的实时多任务控制系统，系统选用TMS320LF2407作为整个控制系统的核心，运行速度快，具有强大的运算功能和丰富的外围资源，可以大大简化电路设计，提高系统的可靠性。另外，TMS320LF2407具有强大的数字信号处理能力和运算能力，便于各种先进的控制算法和跟踪算法在系统上的实现，提高了系统的智能化程度。整个焊接机器人的控制系统如图所示。
图2 焊接机器人控制系统图
TMS320LF2407作为整个控制系统的核心，负责控制过程中信息的处理与运算。DSP应用系统接收控制面板输入的数据和激光焊缝跟踪传感器检测到的数据信息，确定焊接机器人在焊接过程中的控制参数和机器人位姿，通过焊缝跟踪算法确定控制参数对2个驱动轮进行调速，实现对焊缝的跟踪。同时根据控制面板输入的焊接参数，调节焊枪摆动的速度、角度和幅值，协调整个焊接过程，同时也对焊缝跟踪过程中的故障进行处理。
控制系统选用GAL16V8（可编程逻辑阵列）负责综合底层控制逻辑以及时序
的处理，简化了外围电路设计，提高了系统的可靠性。在系统运行过程中，选用PIC芯片作控制盒的CPU，主要负责各种参数的设定以及焊接过程中各种实时状态信息的显示，比如焊接速度、小车的行走方式等。系统采用接口方式进行通信并对传输信号进行屏蔽与隔离，降低了系统对噪声的敏感度。为了提高控制系统的可靠性，减少软件工作量，提高系统的响应速度，伺服驱动系统选用了专门的直流电机和步进电机驱动器。此外，在进行系统设计时，所有的输入和输出信号都进行了光电隔离，以提高系统的抗干扰能力，保证系统的安全，稳定的运行。
3.2移动式焊接机器人DSP焊缝跟踪的电机伺服驱动系统
跟踪伺服系统采用无刷直流电动机和专门设计的驱动器来可靠完成电机的伺服驱动，此系统可工作于速度控制和位置控制2种模式下，实现速度闭环和位置闭环控制，驱动伺服系统如图2所示。在机器人进行焊缝跟踪的过程中，DSP 控制系统给出左右轮的速度码，送入直流电机驱动器实现对两轮速度进行控制。与电机轴相连的光电编码器产生2个相位差的准正弦信号FTA和FTB，用正弦信号的频率表示转速，2个信号的相位差表示电机的转向，通过将这2个信号反馈到驱动器实现转速的闭环控制。同时，由光电编码器产生的另一个信号FTF送入DSP系统，以判断电机的绝对位置原点，实现位置的闭环控制。DSP系统将激光传感器传送的信息经过适当的运算后完成车体的位姿推算，根据跟踪算法获得焊缝跟踪的控制律，通过控制两驱动轮的差动调速实现焊缝的跟踪。
图3 焊缝跟踪电机伺服系统
四、移动式焊接机器人焊缝跟踪控制算法
由于轮式焊接机器人和焊件之间是滚动接触,其线速度垂直于轮轴,因而存在非完整约束,系统具有不可积分性。因此焊缝的跟踪问题变得更加困难和复杂，所涉及的焊接机器人系统采用Lyapunov 函数设计控制程序，实现对焊缝的跟踪。 小车的运动学模型如图3所示，其中数学描述为：
'''cos sin x v y v θθθω?=?=??=?
（1）
其中，（x ，y ）为焊接机器人的位置，θ为其方位角；v ，w ，为其平动速度和角速度，是运动学模型的控制输入。将焊缝跟踪问题简化为具有位姿(,,)i i i x y θ和速度v ，w 的目标跟踪问题。因此可得到移动机器人位姿误差为：
x cos sin 0y sin cos 0001i i
i x x y y θθθθαθθ-????????????=--????????????-??????
（2） 机器人在移动过程中约束方程的极坐标形式为：
'''cos sin sin e v w v e v e ααααθ??=-??=-+???=??
（3） 其中，e 为机器人与目标点的距离，i αθθ=-为机器人主轴与目标方向的偏转角度。
图4 轮式焊接机器人运动学模型
轮式焊接机器人的运动模型属于非线性系统，因此方便使用Lyapunov 构造控制律，选取函数F(x)为系统的控制Lyapunov 函数，该函数必须满足正定、径向无
界 、存在全局控制律3个条件，针对焊接机器人的运动学特性和焊接跟踪的要求，选取
222312123()cos ,(,,0)222
k k k F x e k k k αθ=++? （4） 则：
'123sin sin sin ()(cos )()cos ()F x k e v k w v k v e e
αθαααθ=-+-++-， （5） 为满足系统的稳定性要求，选择控制律为：
44563562cos ,(,,0;0)cos sin k e v U k k k k k k w k αααααα??????==?≠????++??????
（6） 若0α=，则0ω=。通过迭代可以获得移动式焊接机器人在下一个控制周期的平动速度和角速度v,w ，运用公式（7），（8）运算，可得到直接控制变量左右轮的角速度1,r ωω：
1r ()2
r v ωω=+， （7） 1()r r d
ωωω=+。 （8） 五、焊接机器人的技术展望
为了适应工业生产系统向大型、复杂、动态和开放方向发展的需要，发达国家都在加大力度，对机器人技术进行深人研究。从技术发展趋势看，智能化控制技术将是焊接机器人技术发展的主要方向。
5.1视觉控制技术
焊接机器人视觉控制技术是通过对焊接区图像进行采集，产生视频信号送至图像处理机，对图像进行快速处理并提取跟踪特征参量，进行数据识别和计算，通过逆运动学求解得到机器人各关节位置给定值，最后控制高精度的末端执行机构，调整机器人的位姿。视觉控制的关键在于视觉测量，在焊接过程中视觉技术分为直接视觉传感和间接视觉传感两种形式。直接视觉传感技术是一种常用的非接触式传感形式，主要优点是不接触工件，不干扰正常的焊接过程，获取的信息量大，通用性强。早先，研究人员直接利用电弧光照射熔池前方的工件间隙获取焊接区焊缝信息，根据熔池前方不同远近处电弧光强度的闪烁来实现焊接过程中的焊缝跟踪，典型的例子是利用带有CCD 摄像机的微型计算机控制系统对焊接熔池行为进行观察和控制。现在，基于激光三角形的视觉系统具有高度的灵活性，而且价格低、精度高、获取信息能力强，不受周围噪声和电弧产生的高温影响，
获得的信息可以用于多种自适应功能。弧焊中使用激光视觉系统可以抗电弧辐射、火焰、热金属飞溅、振动、冲击和高温，这种传感器正在成为智能自适应焊接机器人焊接优先选用的视觉系统。焊接机器人视觉系统的原理图如图5。
图5 焊接机器人的视觉系统
5.2模糊控制技术
由于焊接机器人系统具有非线性和时变特点，难以用精确的数学模型进行描述，用传统的控制方法难以实现最佳控制，而模糊控制具有自适应和鲁棒性等特点，它为机器人焊接控制提供了一个理想的控制方法。模糊控制是智能控制的较早形式，它吸取了人的思维具有模糊性的特点，使用模糊数学中的隶属函数、模糊关系、模糊推理和决策等工具，巧妙地综合了人们的直觉经验，从而在其他经典控制理论和现代控制理论不太奏效的场合能够实现较满意的控制。将模糊控制理论和实际焊接过程相结合，发展成为专用焊接控制器，进一步发展成为了通用型焊接模糊控制器。模糊控制具有较完善的控制规则，但模糊控制综合定量知识的能力较差，当对象动态特性发生变化，或者受到随机干扰的影响都会影响模糊控制的效果。因此，在模糊控制理论方面，人们对常规模糊控制进行了改进，设计了一些高性能模糊控制器，有效解决精度较低、自适应能力有限及设备产生振荡现象等问题网。
5.3神经网络控制技术
神经网络控制是研究和利用人脑的某些结构、机理以及人的知识和经验对系统进行控制，它是神经网络作为人工智能的一种途径在控制领域的渗透。用神经网络设计的控制系统适应性、鲁棒性均较好，能处理时变、多因素、非线性等复杂焊接过程的控制问题。人工神经网络具有很强的自学习、自适应能力，信息存储量大，容错性好，能够实现并行联想搜索解空间和完成自适应推理，提高智能系统的智能水平、知识处理能力及强壮性。因此，在机器人焊接质量控制中可采用神经网络建立焊接过程模型从而解决线性控制方法所不能克服的问题，弥补传统专家系统以及模糊控制的不足，现在焊接机器人神经网络控制系统中使用较多的是前馈式多层神经网络。
5.4嵌入式控制技术的应用
嵌人式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点，已经在焊接机器人控制领域得到了应用，嵌人式控制系统具备网络和人机交互能力，可以取代以往基于微处理器的控制方式。嵌人式控制器具有液晶显示器，可以替代CRT 显示器在控制系统中所扮演的角色，键盘响应也具有很高的实时性，满足信息的输人和对控制系统的干预等工作。经实验和实际应用表明，嵌人式控制器比基本的模糊控制器具有更好的控制性能。嵌人式为焊接工艺的在线监测提供了新的技术方法，它能确保焊接质量“零缺陷”的目标得以实现。基于嵌人式控制器的焊接机器人系统结构图如图6。
图6 嵌入式控制焊接机器人系统结构
六、焊接机器人控制系统的发展趋势
机器人控制系统将重点研究开放式、模块化控制系统。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。控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。计算机语言、图形编程与人的交流界面更加友好。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。
此外，焊接机器人的遥控及监控技术、机器人半自主和自主技术、多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等方面都是未来焊接机器人的发展方向。
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. . . 目录 一、工件基础资料及工件工艺要求 (2) 1.1对被焊工件的要求 (2) 二、工作环境 (2) 三、机器人工作站简介 (2) 3.1焊接工艺 (2) 3.2工作站简述 (2) 3.3机器人工作站布局: (图中形状，尺寸仅供参考) (2) 3.4机器人工作站效果图 (3) 3.5机器人工作站动作流程 (3) 四、配置清单明细表 (4) 五、关键设备的主要参数及配置 (5) 六、电气控制系统 (6) 七、双方职责及协作服务 (7) 7.2需方职责 (7) 7.2供方职责 (7) 八、工程验收及验收标准 (7) 九、质量保证及售后服务 (8) 十、技术资料的交付 (9) 十一、其它约定................................................... 错误！未定义书签。附件一 KUKA机器人 (9) 1.1 KUKA KR6弧焊机器人： (10) 1.2机器人系统： (10)
一、工件基础资料及工件工艺要求 1.1对被焊工件的要求 ?工件误差：精度误差、位置误差、焊缝间隙误差。 ?工件焊缝周围10mm内不能有影响焊接质量的油、水分和氧化皮。 ?工件上不能有影响定位的流挂和毛刺等缺陷。 ?工件的尺寸偏差不能超过 1 mm。 ?不同工件在夹具定位后焊缝位置度重复定位偏差不超过 1 mm。 ?坡口的焊缝间隙小于1mm,大于1mm需人工打底。 二、工作环境 2.1电源：3相AC380V ，50Hz±1Hz ，电源的波动小于10%。 2.2工作温度：5℃～ 45℃。 2.3工作湿度：90%以下。 三、机器人工作站简介 3.1焊接工艺 ?焊接方式;人工定焊组对、人工示教，机器人满焊。 ?焊接方法：MIG/MAG ?保护气体：80%Ar+20%CO2。 ?焊丝直径：1.0/1.2mm。 ?焊丝形式：盘/桶装。 ?焊接的可达率：机器人焊枪可达范围，不可达区域由人工补焊。 ?工件装卸方式：人工装配。 ?物流方式：人工、行吊。 3.2工作站简述 ?本案设备采用单工位三班制，每班工作时间8小时，并且设备满足24小时三班连续作业工作能 力。 ?本工作站主要包括弧焊机器人1套、焊接电源1套、L型双轴变位机1套、机器人底座1套、系 统集成控制柜1套等组成。 3.3机器人工作站布局: (图中形状，尺寸仅供参考)
第1章绪论 1.1课题研究的目的及意义 焊接是制造业中最重要的工艺技术之一。它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段，发展成为制造业中一项基础工艺，一种生产尺寸精确的产品的生产手段。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中。近20年来，在半自动焊、专机设备以及自动焊接技术方面已取得了许多研究和应用成果，表明焊接过程自动化已成为焊接技术新的生长点之一。从21世纪先进制造技术的发展要求看，焊接自动化生产已是必然趋势。焊接机器人的诞生是焊接自动化革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式，从而使中小批量的产品自动化焊接成为可[1]。 焊接机器人已经广泛应用于汽车、工程机械、摩托车等行业，极大地提高了焊接生产的自动化水平，使焊接生产效率和生产质量产生了质的飞跃。同时改善了工人的劳动环境[2]。但是，现在焊接领域中自动化程度最高的手臂式机器人在使用时有两个局限性：一个是它的活动范围较小，因为它像一个手臂，手臂长1.5~2米，也就是其活动半径，所以焊接的工件不能太长，最大范围也不能超过2米。二是它必须用编程或示教进行工作，对不规则的焊缝，特别是在焊接过程中焊缝发生形变时，则很难适应。然而，许多大型工件体积非常庞大，而且必须在工地和现场进行焊接。例如：石化工业中的大型储油罐、球罐，造船业中的各种轮船，对这类产品的焊接，就很难实现自动化，许多建设工作仍然采用人工焊接[3]。因此，给焊接机器人加装各种传感器，使它们具有焊接路径自主获取、焊缝跟踪以及焊接参数在线调整等能力，具有很高的实用价值。机器人焊接过程的自主化和智能化已经成为科研工作者的一个研究重点。移动焊接机器人由于其良好的移动性、强的磁吸附力以及较高的智能，成为解决大型焊接结构件自动化焊接的有效方法[4]。尽管自主移动机器人的实用化研究还不够完善，但移动机器人是解决无轨道，无导向，无范围限制焊接的良好方案。 1.2国内外研究现状 自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，越来越多的工业机器人投入生产使用中。这其中大约有半数是焊接机器人。焊接机器人是在工业机器人上装备焊接系统，如送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳，并配备相
焊接工业机器人论文报告 机械卓越1102 游华栋 （1.江阴宇博科技，江苏省江阴市邮编214400；） 摘要：工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。是要在多学科知识的综合应用方面，强化机器人技术应用能力的培养，以满足机械类应用型高级人才的培养。结合有关文献对焊接机器人的机械结构、电机驱动、运动学计算、控制技术、传感器、轨迹规划与编程操作等应用进行系统解构。机器人技术代表了机电一体化技术的最够研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论、自动控制技术及人工智能等多门学科，当代科学技术发展最活跃的领域之一。 关键词：焊接机器人；结构设计；控制方式；感觉系统； Welding industrial robot reports HUADONG YOU (YUBO Technology Co., Ltd. ,Jiangyin, ,JiangYin province, 214400, china) Abstract:The industrial robot is a multi joint manipulator for industrial areas or more degrees of freedom robot. Industrial robot is automatically performing work machine equipment, a machine that is controlled by its own power and ability to achieve the various functions. It can accept human command, and can also be run in accordance with the procedures of pre-arranged, modern industrial robots can also make according to the principles of the programme of action of the artificial intelligence technology. Is to be in the integrated application of multi subject knowledge, strengthen the training of application ability of robot technology, in order to meet the training applied talents of machinery. Based on relevant documents of a welding robot mechanical structure, the motor drive, kinematics, control technology,sensor, trajectory planning and programming operation application system deconstruction. Robot technology represents the mechatronics technology enough research results related to mechanical engineering, electronic technology, computer technology, automatic control theory, automatic control of multi discipline technology and artificial intelligence, one of the most active fields of contemporary science and technology development. 正文： 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。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。本文以中等篇幅来介绍我国焊机机器人的发展、及其简单结构、操纵原理等等。 经过近10年的努力，我国在机器人焊装夹具设计方面积累了较丰富的经验，机器人周边设备实现了标准化，具有年产300余套焊接机器人工作站的能力。可以说国内的系统集成商在机器人工作站及简单的焊装线的设计开发方面具有了与国外系统集成商抗衡的能力，近几年为国内汽车零部件等企业提供了大量的机器人焊接系统。 虽然机器人问世已经几十年，但目前关于机器人仍然没有统一、严格、准确的定义。其原因就是机器人还在发展，新的机型不断涌现，机器人可实现的功能不断增多。目前大多数国家倾向于美国机
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、
https://www.doczj.com/doc/ff4309246.html, 自动焊接机器人论文参考文献 一、自动焊接机器人论文期刊参考文献 [1].安居防盗门自动焊接机器人工作站设计与实现. 《制造业自动化》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2014年21期.员俊峰.易国春.许随馨.耿运祥.张红健. [2].自动焊接机器人在立体车库设备制造中的开发应用. 《魅力中国》.2014年15期.王华彬. [3].立体车库设备制造中自动焊接技术的开发应用. 《中国机械》.2015年8期.罗观宝. [4].自动焊接机器人在汽车组合仪表部品点焊工程中的应用. 《电工技术》.2006年6期.赵斌. [5].西门子840D自动焊接机器人地铁车辆焊接程序设计与开发. 《神州》.2012年6期.王喆. [6].异型断面管道自动焊接执行机构设计及运动仿真. 《电焊机》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2011年5期.徐立力.薛龙.陶兴华.邹勇.贾滨阳. [7].PC104在焊接机器人中的应用. 《焊接技术》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2010年11期.王艳庆.张华.叶艳辉.程伟德. [8]管道插接相贯线专用焊接机器人. 《焊接学报》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被EI收录EI.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2009年6期.任福深.陈树君.管新勇.殷树言. [9].采用SVR雅可比估计器的焊接机器人视觉导引. 《华南理工大学学报（自然科学版）》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被EI收录EI.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2013年7期.李鹤喜.石永华.王国荣. 二、自动焊接机器人论文参考文献学位论文类
焊接机器人工作站简介 首钢莫托曼机器人有限公司（SGM）是专门从事工业机器人及其自动化生产线设计、制造及销售的中日合资公司。公司成立于1996年8月23日，注册资金700万美元，由首钢总公司（45％）、日本株式会社安川电机（43％）和日本岩谷产业株式会社（12％）共同投资，总部位于北京经济技术开发区。 SGM主营日本安川MOTOMAN系列机器人产品，广泛应用于弧焊、点焊、涂胶、切割、搬运、码垛、喷漆、科研及教学。安川新推出的洁净机器人和双臂机器人是MOTOMAN机器人的开拓性产品，SGM今后会不断推出更多高性能、高精度、高可靠性的新型MOTOMAN机器人。 SGM的产品遍布汽车、摩托车、家电、烟草、陶瓷、工程机械、矿山机械、物流、铁路机车等诸多行业。为促进企业发展、提升行业知名度，SGM每年都会参展多个大型行业应用展会， SGM拥有一批优秀的工程设计、项目调试人员，在机器人工作站及各种大中型机器人自动化系统生产线的研发、制造、调试及运行维护等方面具有成熟经验和较高水平，在应用技术上获得了多项国家专利。SGM在不断发展壮大的过程中不断提高系统设计的精准性，这大大提高了系统设备的使用可靠性。 机器人本体专门为点焊而设计，其上臂内藏点焊用的电缆，气管与水管，它与高性能NX100控制柜及配备6.5”LCD彩色显示触摸屏的示教盒的结合，使MOTOMAN-ES系列机器人极大程度地完善
了点焊系统。 NX100可同时协调控制多达36个轴，可以实现机器人6轴+电动点焊钳1轴+行走轴1轴，可四台点焊机器人单元的同时协调动作。并且，由于控制柜命令的运行数度提高1倍从而缩短了作业周期。有负载重量为165KG到200KG达到了机械人精度运动的最大承重量。 机器人运用高精度控制算法缩短了命令响应的滞后时间，它是安川独有的“高级机器人动作（ARM）”控制特点之一。因此，机器人的诡计重复精度可以提高50％。 误差补偿功能（选项）使机器人绝对位置精度提高2到5倍。这个功能能够提高焊接质量，减小因绝对位置精度而引起的焊接不良。 为了操作者方便使用者，机器人采用彩色显示触摸屏幕，方便示教与设备维护，采用图标与图画显示，操作与Windows类似，比以前的操作方法更容易掌握。屏幕显示的帮助向导功能协助操作者确认操作示教盒的步骤。示教盒可以显著提高再工作现场对I/0型号的调试效率可以在显示屏上编辑梯形图。由于配备了高达10000步的存储容量，可以不使用外部PLC。
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
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，
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
多年质保操作简单方便快捷—————————————————————————————————————————————社会的迅速发展推动工业的更新升级，随着工业生产生活的发展，需要逐渐利用具有能不间歇工作没有疲劳意识以及能够在有害环境中操作，不怕危险并且抓举重物的力量比较大的机器人。接下来由安徽泰珂森智能装备科技有限公司为您简单介绍其焊接工作站的分类，希望能给您带来一定程度上的帮助。 1.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专用装备。 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。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。
多年质保操作简单方便快捷————————————————————————————————————————————— 2.轴类焊接机器人工作站是专门针对低压电器行业中万能式断路器中的转轴焊接开发的专用设备，推出了一套专用的转轴焊接机器人工作站。 轴类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。该工作站用于以转轴为基体（上置若干悬臂）的各类工件的焊接，在同一工作站内通过使用不同的夹具可实现多品种的转轴自动焊接。焊接的现对位置精度很高。由于采用双工位变位机，焊接的同时，其他工位可拆装工件，极大的提高了效率。 安徽泰珂森智能装备科技有限公司集机械手、工业机器人系统集成研发、制造、销售、自动化控制工程承包于一体的综合性自动化技
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。
(文档含英文原文和中文翻译) 中英文资料外文翻译 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
FANUC焊接机器人控制系统介绍、应用故障分析 及处理 FANUC机器人主要应用在奇瑞公司乘用车一厂和乘用车三厂的焊装车间中，其控制系统采用32位CPU 控制，采用64位数字伺服驱动单元，同步控制6轴运动；支持离线编程技术；控制器内部结构相对集成化，这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜且易维护保养等特点。 焊接是工业生产中非常重要的加工方式，同时由于焊接烟尘、弧光和金属飞溅的存在，焊接的工作环境非常恶劣，随着人工成本的逐步提升，以及人们对焊接质量的精益求精，焊接机器人得到了越来越广泛的应用。 机器人在焊装生产线中运用的特点 焊接机器人在高质、高效的焊接生产中发挥了极其重要的作用，其主要特点如下： 1.性能稳定、焊接质量稳定，保证其均一性 焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定性作用。人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，很难做到质量的均一性；采用机器人焊接，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，焊接质量非常稳定。 2.改善了工人的劳动条件 采用机器人焊接后，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等；点焊时，工人不再需要搬运笨重的手工焊钳，从大强度的体力劳动中解脱出来。 3.提高劳动生产率 机器人可一天24h连续生产，随着高速、高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高地更加明显。 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.可缩短产品改型换代的周期，降低相应的设备投资 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它可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 FANUC机器人控制系统 1.概述 FANUC机器人主要应用在奇瑞公司乘用车一厂和乘用车三厂的焊装车间中，是奇瑞公司最早引进的焊接机器人，也是最先用到具有附加轴的焊接机器人。其控制系统采用32位CPU控制，以提高机器人运动插补运算和坐标变换的运算速度；采用64位数字伺服驱动单元，同步控制6轴运动，运动精度大大提高，最多可控制21轴，进一步改善了机器人动态特性；支持离线编程技术，技术人员可通过离线编程软件设置参数，优化机器人运动程序；控制器内部结构相对集成化，这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜且易维护保养等特点。其控制原理如图1所示。
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
机器人焊接工作站标准构成 【摘要】通过本文详细描述机器人焊接工作站的构成，加深大家对机器人工作站认识及了解。普及机器人工作站基本知识。 【关键词】工作站、焊接变位机、夹具、周边设备 The basic composing of the robot weld workstation GAO Na （SHENYANG SIASUN ROBOT&AUTOMATION CO.,LTDNO.16,Jinhui Street,Hunnan New District,Shenyang 110179） Abstract: Describes the robot through this article to weld the workstation in detail the constitution, deepens everybody to the robot workstation understanding and the understanding.Popular robot workstation elementary knowledge. Key words: workstation ; floor turnable positioner ; clamp ; the surrounding equipment
中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 随着第一产业规模化，自动化，标准化的加速，尤其是汽车国产化进程加快，机器人焊接工作站的应用越来越广泛，已经是汽车生产的主要模式。本文主要是对机器人焊接工作站知识进行基础讲解。 二、总体构成 一个标准的机器人焊接工作站由机械、电气及焊接三大部分构成。 如上图所示，通常一个标准工作站有①安全围栏（或焊接房），②变位机，③公共基座（含机器人底座、变位机底座），④操作台，⑤机器人本体，⑥固定工作台，⑦夹具，⑧电缆桥架（走各种电缆、信号线）以及机器人控制器、焊机等组成。其工作流程是按照控制系统下达的指令，根据预先示教的程序，依照绝对码盘确定的位置信息，沿着示教的运动轨迹进行弧焊、点焊等自动作业。有的项目根据需要还配备检具、专机等其他设备。本文着重说明机械部分的构成及应用。 机器人系统的确定及方案的确立：