机器人焊接系统的作业分析与操作应用

机器人焊接系统的作业分析与操作应用 【摘要】通过描述工业机器人在焊接作业中结构件焊接系统的应用特点，分析机器人在作业过程中的具体情况，介绍了机器人在生产应用中的程序优化、位姿修改的改进操作。 【关键词】定位 中间点 作业点 前言 工业机器人具有灵活性高，通用性强，易于扩展且造价和加工成本低于专用机床的优点，在工业生产，特别是柔性制造系统中的应用越来越广泛。目前工业机器人紫塞车辆、船舶、航空航天、电力等国民经济重要产业得到了广泛的应用，从装配、测量、磨削等加工精度要求较高的作业工序，到喷涂、搬运、焊接等对加工精度要求相对宽松的工序，实现了大量应用。尤其是各种特种作业环境，机器人代替人力，不仅能够节省人力资源，而且能够保障员工的身心健康。 随着制造业的不断发展，焊接装备自动化程度在不断提高。手工操作虽然具有高灵活性，但在焊接质量和焊接速度上受限。对于不规则形状的连续长焊缝，或者较长焊缝的厚板焊接，所要求的熔敷量大，劳动强度大，连续焊接作业下，焊接质量不能得到有效保证。本文通过对我公司寒假车间的机器人焊接系统应用的特点，分析讨论了机器人在制造结构件作业过程中的动作顺序情况极其控制程序的优化、位姿修改方面的一些操作应用情况。 一、 机器人焊接系统 1. 焊接机器人简介 焊接机器人系统主要由以下几部分组成：KUKA机器人及其夹具、焊接变位机、焊机及工作电源系统。该系统的主要工作过程是把固定在焊接变位机上的结构件进行旋转、焊接，当焊接操作完毕后，实现结构件复位与焊接机械手复位，经过拆卸夹具，可以实现连续化生产。本系统运行平稳高效，重复焊接操作质量稳定，配合不同的夹具与编程程序，可以实现多种结构件的焊接工作，如图1所示。 图1 焊接机器人工作图 2. 主要技术参数 该系统的机器人采用徐州华恒的KUKA焊接机器人KR16，采用运动控制技术，手动最高速度达到250mm/s，远高于手工焊接能达到的焊接速度。下表1列出了主要技术参数。 表1 机器人性能参数 KR16性能参数   负载（指轴6的P点负载） 16kg 手臂（轴1转盘负载） 10/20kg 总负载 46kg 运动轴数 6 法兰盘（在第6轴上） DIN ISO9409-1-A50 工作半径 1610mm 重复精度 ±0.05mm 每个轴的运动参数 运动范围 运动速度 轴1 ±185° 156°/s 轴2 +35°/-155° 156°/s 轴3 +154°/-130° 156°/s 轴4 ±350° 330°/s 轴5 ±130° 330°/s 轴6 ±350° 615°/s         二、 机器人焊接系统的作业过程 1. 中间点的提出 在机器人焊接系统中，机器人对每条焊缝的操作分为寻位、定位、示教、焊接4部分，而在生产过程中，由于工件形位尺寸固定，在已有焊接程序的情况下，每段焊接程序有定位、寻位、焊接3部分。本文仅就KR12机器人将结构件机架经过旋转变位，进行焊接的过程作一探讨。 机器人焊接一个形位的焊缝过程，共有6步操作： 第一步，旋转一定角度，常用45°旋转和135°旋转 第二步，焊枪运动到一个中间点 第三步，通过KCP控制屏调正运动参数（方向、速度、转弯半径），运动到一条焊缝上方10× 10位置，接触传感寻位，寻位两次以上，确定起始点，终止点，中间工作点。其中中间工作点的数量要根据焊缝长度确定，1米长的焊缝，需要5个以上的中间工作点。 第四步，通过示教功能模拟焊枪运动轨迹，使编程人员确认并存储该段焊接过程 第五步，在程序中加入焊接语句，确认焊接参数。 第六步，加入复位程序，复位到空间中间点。 结构件焊接编程中，其中一段实现焊接功能的程序语段如下： INI TECH_INI.ARCTECH_ANALOG TECH_INI.TOUCHSENSE LayerControl.ROOT:1 PTP P1 CONT Vel=10% PDAT1 Tool[3]:sim_brenner Base[3]:mult Lin S1 Vel=0.5m/s CPDAT1 ARC_ON PS S  Naht1 Tool[3]:sim_b renner Base[3]: mult PathMemo.ON_LIN Sensor:none PathMemo.SWI_LIN Sensor:none LIN S2 CONT CAPDAT2 ARC PS  W1  Tool[3]:sim_brenner Base[3]: mult PathMemo.ON_CIRC Sensor:none LIN S3 CONT CAPDAT3 ARC PS  W1  Tool[3]:sim_brenner Base[3]: mult PathMemo.ON_CIRC Sensor:none CIRC S8 S4 CONT CPDAT13 ARC PS  W1  Tool[3]:sim_ brenner Base[3]: mult CIRC S9 S5 CONT CPDAT20 ARC_OFF PS  W1  Tool[3]:sim_ brenner Base[3]: mult PTP P9 CONT Vel=10% PDAT2 Tool[3]:sim_brenner Base[3]:mult LayerControl.LAYER:2,3 LayerControl..OFFSET Layer:2,X=0mm,Y=50mm,Z=0mm,A=0° LayerControl..OFFSET Layer:2,X=0mm,Y=0mm,Z=50mm,A=0° PTP P1 CONT Vel=10% PDAT3 Tool[3]:sim_brenner Base[3]:mult LIN SP001 Vel=0.5m/s CPDAT7 ARC_ON PS S  Naht2 Tool[3]:sim_ Brenner  Base[3]: mult LIN SP002 CONT CPDAT8 ARC PS  W2  Tool[3]:sim_ brenner Base[3]: mult LIN SP003 CONT CPDAT8 ARC PS  W21  Tool[3]:sim_ brenner Base[3]: mult CIRC SP004 SP005 CONT CPDAT10 ARC PS  W2  Tool[3]:sim_ brenner Base[3]: mult CIRC SP006 SP007  CPDAT19 ARC_ OFF  PS  W22 E Nahr1  Tool[3]:sim_ brenner Base[3]: mult PTP P9 CONT Vel=10% PDAT4 Tool[3]:sim_brenner Base[3]:mult LayerControl.OFF 2. 通过主程序调用类似上述焊接程序子程序，实现整体结构件连续焊接操作。 通过上述程序可以归纳出机器人在该系统中的一些特点。 2.1. 机器人焊接系统中包含有许多个机器人动作顺序，即包含了机器人在空间运动目标点及到达目标点的运动方式（P1/P9是目标点，S1-S9是运动方式，直线或圆弧），以及不同运动参数、电流参数 2.2. 机器人的目标点可分为两类：一类是机器人焊接过程中的一些中间定位点，这些中间点不完成具体的操作，只是在调正空间轨迹时合理的保持焊接机械手的运动路线；另一类是精确的作业点，即机器人在此处要进行起弧收弧和变化电流参数及运动参数而必须做出设定的点。在本例中，机器人到达此类作业点时，必须准确停止，并调整机械手6轴联动姿态。 2.3. 需要指出的是，调用程序到达中间点时，通过转弯半径数据z来指令。z值越大，机器人的动作路径就越圆滑与流畅，但在到达中间点前的空间干涉可能性及离心力冲击就越大。实际焊接过程中，长构件存在变形问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，因此中间点的设置很有必要。中间点的圆弧过渡轨迹影响焊接轨迹。 三、 机器人在车架上的应用 1. 车架的特点  机架作为 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 机械的承载类部件，它承担着整车的负载重量，尤其是应用在筑路、水利等项目的机械，工作路面情况很差，前后对角车轮遇到道路上的不平而滚动，车架的梁柱便要承受纵向扭曲压力；车辆在行驶时，每个车轮因为路面和行驶情况的不同，（路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及进出弯角等等）每个车轮会承受不同的阻力和牵引力，这可以使车架在水平方向上产生推拉以至变形；可见车架在结构件中具有重要的地位。 机架的加工质量是决定着整机质量的一个重要关键点，常常具有结构复杂，焊接量大、焊接难度高、精度要求高和焊接变形量大等特点，如图2所示，导致实际质量与要求无法匹配。 图2 机架示意图 2. 机器人焊接工艺流程  机架的具体工艺流程为：组对→机器人焊接→手工补焊。手工补焊能够保证焊缝长度和其他方面形状参数，也能使一个编程程序应用在几种差异不大的机架上。 四、焊接机器人的使用意义 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、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小,降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。 2. 改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳，使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。 3. 提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。 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,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他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 六、焊接机器人的不足与发展 焊接机器人系统也存在一些不足，如一次性投入较大。弧焊机器人的系统结构复杂，涉及到机器人运动控制系统、焊接系统和变位机系统等多个系统的协调运作；机器人本体昂贵，国内还没有具备规模的生产能力，主要依靠进口；正式由于设备的复杂和精密，对维修人员提出了很高的要求，有时还需要厂家的协助；同时也对操作设备工人的素质提出了更高的要求，示教编程、故障排除等都需要一定的专业知识，需要经过培训才能上岗。 继续阅读