對焊接機(jī)器人重要技術(shù)的分析

【摘 要】焊接時制造業(yè)中傳統(tǒng)的，重要的加工工藝方法之一，廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造航空航天，能源交通，石油化工，建筑以及電子行業(yè)。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化，智能化，柔性化與智能化已經(jīng)竟成為必然趨勢。目前，采用機(jī)器人焊接已經(jīng)成為焊接自動化技術(shù)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。由于焊接機(jī)器人具有通用性強(qiáng)、工作可靠的優(yōu)先，因此受到人們越來越多的重視。在焊接生產(chǎn)中采用機(jī)器人技術(shù)可以提高生產(chǎn)率、改善勞動條件、穩(wěn)定和保證焊接的質(zhì)量、實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。

【關(guān)鍵詞】制造技術(shù)；焊接；自動化；機(jī)器人

一、工藝對焊接機(jī)器人的基本要求

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

二、焊接機(jī)器人的速度雅克比與速度分析

（1）焊接機(jī)器人可以簡單地理解為焊接用機(jī)械手，和一般工業(yè)機(jī)器人相似。對于n自由度的機(jī)器人的情況，關(guān)節(jié)變量可以把廣義關(guān)節(jié)變量q表示為[q1 q2…qn]T。當(dāng)關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)換關(guān)節(jié)時qi=θi，當(dāng)關(guān)節(jié)位移動關(guān)節(jié)時qi=di，dq=[dq1 dq2…dqn]T，反映了關(guān)節(jié)的微小運(yùn)動。機(jī)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(guān)節(jié)變量的函數(shù)X=X（q）。函數(shù)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(yùn)動。它由機(jī)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(dǎo)數(shù)矩陣，成為n自由度機(jī)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(jī)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(jī)器人末端在操作空間中的廣義速度，■代表機(jī)器人關(guān)節(jié)在關(guān)節(jié)空間中的關(guān)節(jié)速度。所以：■=J-1V。J-1稱為機(jī)器人的逆速度雅克比。

三、激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)

激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是激光焊接與氣體保護(hù)焊的聯(lián)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(shè)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(chǎn)的迫切需求，激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)近年來成為焊接領(lǐng)域最重要的研究課題之一。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)之所以受到青睞是由于其兼各熱源之長而補(bǔ)各自之短，具有1+1>2或更多的“協(xié)同效應(yīng)”。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(wěn)定性和功率密度，提高了焊接速度和焊縫熔深，熱影響區(qū)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(fù)合焊接技術(shù)是對激光焊接的重大發(fā)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(yè)的投資成本，該技術(shù)的發(fā)展對推動激光焊接的普及將起重要的作用。

國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：（1）工業(yè)機(jī)

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(jī)價格不斷下降。（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。（3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張根寶.自動化制造系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社

[2]沈其文.材料成型工藝技術(shù)[M].華中科技大學(xué)出版