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焊接機器人編程技術一機器人概述1.工業機器人的定義和分代概念國際標準化組織的定義﹕工業機器人是一種可重復編程和多功能的﹑用來搬運材料﹑零件﹑工具的機器手﹔或能執行不同任務面具有可改變和可編程的專門系統。工業機器人﹐就其發展可分為三代﹕第一代機器人﹕具有示教再現﹐對環境的變化沒有應變能力。第二代機器人﹕在示教再現的機器人上加感覺系統﹐如視覺﹑力覺﹑觸覺等。對環境有一定的適應能力。第三代機器人﹕即智能機器人﹐它能理解人的命令。感知周圍的環境﹑識別操作的對象﹐并自行規劃操作順序以完成賦予的任務。2.工業機器人主要名詞術語a機器手(Manipulator):具有和人臂相似的功能﹐可在空間抓放物體或進行其它操作的機械裝置。b驅動器(actuator):將電能或流體能轉化成機械能的動力裝置。c工作空間(WorkingSpace)機器人在執行任務時﹐其腕軸交點能在空間活動的範圍。d工作原點(WorkOrigin):機器人工作空間的基準點。e速度(Velocity):機器人在額定條件下﹐勻速運動過程中﹐工具中心點在單位時間內所移動的距離或轉動角度。f額定負載(Ratedload):機器人在限定的操作條件下﹐其機器接口處能承受的最大負載﹐用質量或力矩表示。g重復位姿精度(PoseRepeatability):機器人在同一條件下﹐用同一方法操作時﹐重復n次所測得的位姿一致度。h存儲容量(Memorycapacity):計算機存儲裝置中可存儲的位置﹑順序﹑速度等信息的容量﹐通常用時間或位置點數來表示。I外部檢測功能(ExternalMeasuringAbility):機器人所具備對外界物體狀態和環境狀況的檢測能力。j內部檢測功能(InternalMeasuringAbility):機器人對本身的位置﹑速度等狀態的檢測能力。k自診斷功能(SelfDiagnosisAbility):機器人判斷本身全部或部分狀態是否處於正常的能力。二.機器人的基本構成1.機器手機械手是機器人的操作部分由它直接帶動末端操作器(如焊槍﹑點焊鉗)實現各種運動和操作﹐又稱為操作機。它的結構多樣﹐完全根據任務需要而定﹐現有的工業機器手主要結構形式有三種﹕a.機床式結構類似機床﹐其達到空間位置的三個運動(X﹑Y﹑Z)是由直線運動構成﹐其末端操作器的姿態由旋轉過去構成。主要用於簡易和專用焊接機器人。b.全面關節式結構類似人的腰部和手部﹐其位置和姿態全部由旋轉運動構成。目前的焊接機器人屬這種結構。c.平面關節式平面關節機器手的機構特點是上下運動由直線運動構成﹐其它運動由旋轉運動構成。這種這種結構在垂直方向剛度大﹐水平方向又十分靈活﹐適合以插裝為主的裝配作業。機械手的結構雖然多種多樣﹐但都是由常用機構組成。以上圖為例﹐它都是由機座﹑軸(四個﹑五個或六軸)及末端操作器組成。每一軸都由一台伺服電機驅動﹐目前機器人采用的電機驅動器可分為以下几類﹕a.步進電機驅動器﹕大多用於精度較低的經濟型工業機器人。b.直流電機伺服系統驅動器精度高﹑變速範圍大﹑動態性能好﹐是目前機器人的主要驅動方式。c.交流電機驅動器具有直流伺服系統的全部優點﹐而且取消了換相炭刷﹐不需要定期更換炭刷﹐大大延長了機器人的維修周期﹐正在推廣中。2.控制柜控制柜是機器人的核心部件﹐它實施機器人的全部控制信息處理和對機械手的運動控制。a.示教器(Teachpendant)示教器是人機信息交換界面﹐通過它可以操縱機械手動作﹑編程﹑修改機器內部參數。b.操作面板(Operator’spanel)c.軟驅(Diskdrive)三點焊接機器人點焊機器人雖然有多種結構形式﹐但大體上都可以分為三大組成部分﹐即機器人本體﹐點焊焊接系統及控制系統。目前應用較廣的點焊機器人﹐其本體形式為直角坐標簡易型及全關節型。前者可具有1~3自由度﹐焊件及點焊位置受到限製﹔後者具有5~6個自由度﹐分DC伺服和AC伺服兩種形式﹐能在可達到的工作區間內任意調整焊鉗姿態﹐以適應多種形式結構的焊接。1.點焊機器人系統焊接系統主要由焊接控制器﹑焊鉗(含阻焊變壓器)及水﹑電﹑氣等輔助部分組成。點焊機器人焊鉗從用途上可分為C型和X型兩種﹐C型焊鉗用於點垂直及近似於垂直傾斜位置的焊縫﹐X型焊鉗則主要用於點焊水平及近似於水平傾斜位置的焊縫。從阻焊變壓器與焊鉗的結構關系上右將焊鉗分為分離式﹑內藏式和一體式三種形式。點焊機器人對焊接系統的要求a.應采用具有浮動加壓裝置的專用焊鉗﹐焊鉗重量要輕﹐可具有長﹑短兩種行程﹐以便於快速焊接及修整。更換電極﹑跨越障礙等。b.一體式焊鉗的重心應設計在固定法盤的軸心線上。c.焊接控制系統應能對焊接過程中的各種故障進行自診斷及自保護。3.點焊機器人的選擇在選用或引進點焊機器人時必須注意以下几點﹕a.必須使點焊機器人實際可達到的工作空間大於焊接所需的工作空間。b.按工件形狀﹑種類﹑焊縫位置選用焊鉗。c.應選內存容量大﹑示教功能全。控制精度高的點焊機器人。四.弧焊機器人1.弧焊機器人的選擇弧焊用的工業機器人通常有五個自由度以上﹐具有六個自由度的機器人可以保証焊槍的任意空間軌跡和姿態。直線運動速度可達1m/s以上﹐重復定位精度可達±0.2mm﹐可以通過示教和再現方式或編程方式工作。還應具有焊槍的擺動功能以滿足焊接工藝要求。五.焊接機器人主要技術指標焊接機器人的主要技術指標可分兩大部分﹕機器人的通用指標和焊接機器人的專門指標。1.機器人的通用指標﹕a.自由度數反映機器人靈活性的重要指標。一般說來﹐有三個自由度就可達到機器人工作空間任何一點﹐但焊接機器人一般要5個以上自由度。b.負載指機器人末端能承受的額定載荷。弧焊機器人要求的負載一般為5~10kg﹐點焊機器人要求的負載一般為40~90kg。c.工作空間廠家所給出的工作空間是機器人未裝任何末端操作器情況下的最大可達空間。但應特別注意的是﹐在裝上焊槍(或焊鉗)等後﹐要考慮保証焊槍姿態﹐實際可焊接空間會比廠家給出的小。d.最大速度是在生產中影響生產效率的重要指標。一般來說1~1.5m/s已能滿足要求。e.重復定位精度這是機器人最重要的指標之一。對弧焊機器人﹐應小於焊絲直徑的一半﹐即±0.2~0.4毫米﹔對點焊機器人也應小於焊鉗直徑的一半以下﹐即1~2mm。f.自診斷功能指機器人對主要元器件﹑主要功能模塊進行自動檢查﹑故障報警﹑故障部位顯示的功能。它對保証機器人快速維修和進行保障非常重要。它是評價機器人完善程度的主要指標之一。g.自保護和安全保障功能指機器人在受外界影響時所能做出的安全措施。它起到機器人預防傷人傷物作用。2.焊接機器人專用技術指標a.擺動功能指焊槍在焊接過程中沿焊縫作一定規律的擺動。這對弧焊機器人尤其重要﹐它關系到弧焊機器人的工藝性能。擺動功能的最佳選擇是能在空間(X-Y-Z)範圍內任意設定擺動方式和參數。b.焊接工藝故障自檢和自處理功能指機器人對常見的焊接工藝故障﹐如弧焊的粘絲﹑斷絲﹑點焊的粘電極等做出檢出并實時自動停車報警的功能。c.引弧和收弧功能為確保焊接質量﹐需要變參數﹐在機器人焊接中﹐在示教時應能設定和修改﹐這是弧焊機器人不可少的功能。六.焊接機器人編程知識1.編程窗口機器人的程序編寫有兩個途徑﹕第一是直接在示教器上編寫。第二是在電腦上通過機器人的專用軟件編寫﹐然後通過網絡傳送給機器人。一般來說在電腦上編寫是為了作模擬﹐實際的生產是通過在生產現場用示教器操作。上圖是示教器的示意圖﹐編程主要通過調用各種指令完成。一個簡單的應用程序主要由三個不同的部分組成﹕一個主程序﹔几個子程序﹔程序數據。2.編程的主要指令﹕a.基本運動指令MoveLp1,v100,z10,tool1;這是指示機器人作直線(Linear)運動的指令﹐相近的還有MoveJ(關節軸運動)﹑MoveC(圓周運動)。p1﹕目標位置點﹔v100﹕機器人的運動速度﹔z10﹕規定在轉彎區尺寸﹔tool1﹕工具中心點。(TCP)b.輸入輸出群指令do指機器人的輸出信號di指機器人的輸入信號。Setdo1:將一個輸出信號賦值為1﹔Resetdo1﹕將一個輸出信號賦值為0﹔WaitDIdi1/maxtime:=5/Timeflag:=flag1:等侍輸入信號di1值為1.C.通信指令(人機對話)TPERASE:清屏指令TPWRITE:書寫指令TPWRITE“ABB”:顯示ABBTPWRITEABB:顯示所賦予ABB的值。TPReadnum”reg”:在示教板上賦予機器人變量數據。WaitTime3:等待3秒﹐再執行下一行指令。d.程序流程指令IF判斷執行指令IFexp1THEN符合exp1條件﹐“Yes-part1”執行“Yes-part1”指令﹐ELSEIFexp2THEN符合exp2條件﹐“Yes-part2”執行“Yes-part2”指令﹐ELSE不符合exp1﹑exp2條件“Not-part”執行“Not-part”指令。ENDIFe.焊接指令ArcL\On,p1,v100,sm1,wd1,wv,fine,torch;ArcLc,p2,p3﹐v100,sm2,wd3,wv2,z1,torch;ArcL\Off,p1,v100,sm3,wd3,wv,fine,torch;ArcL\On(Off)﹕焊接起弧(收弧)﹔sm﹕焊接起弧﹐收弧參數wd﹕焊接參數wv﹕擺弧參數3.完整的焊接程序MoveLp0,v100,z10,torch;ArcL\On,p1,v10,sm1,wd1,wv,fine,torch;ArcL,p2,v10,sm1,wd1,wv,z1,torch;ArcC,p3,p4﹐v10,sm2,wd3,wv2,z1,torch;ArcL\Off,p5,v10,sm3,wd3,wv,fine,torch;MoveLp6,v100,z10,torch;