基于松下TM-1400型焊接機(jī)器人的焊接軌跡示教分析

馮 振，趙 干，郭朝博，李興霞，吳金杰

（河南工學(xué)院 材料工程系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

基于松下TM-1400型焊接機(jī)器人的焊接軌跡示教分析

馮 振，趙 干，郭朝博，李興霞，吳金杰

（河南工學(xué)院 材料工程系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

焊接機(jī)器人是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程并能在三維空間完成各種焊接作業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，能在惡劣的環(huán)境下連續(xù)工作并提供穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，可以提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。文章以松下TM-1400型焊接機(jī)器人為載體，對(duì)常見(jiàn)直線和圓弧焊接軌跡進(jìn)行示教分析，并對(duì)相關(guān)示教命令程序進(jìn)行解釋說(shuō)明。

焊接自動(dòng)化；焊接機(jī)器人；軌跡；示教

當(dāng)今，我國(guó)正處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和技術(shù)手段，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志?！稒C(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》明確提出加強(qiáng)基礎(chǔ)理論和共性技術(shù)研究、提升自主品牌機(jī)器人和關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化能力、推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用示范、建立完善機(jī)器人的試驗(yàn)驗(yàn)證和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)等發(fā)展方向。2014年中國(guó)市場(chǎng)工業(yè)機(jī)器人銷量高達(dá)5.6萬(wàn)臺(tái)，占全球市場(chǎng)的1/4，已連續(xù)兩年全球第一，增速高達(dá)54%，是全球平均增速的兩倍。而焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人家族中的重要一員，也是技術(shù)上發(fā)展最成熟、應(yīng)用最多的一類機(jī)器人。隨著產(chǎn)業(yè)界對(duì)高效、高品質(zhì)焊接需求的不斷增長(zhǎng)，焊接機(jī)器人的應(yīng)用日益廣泛。焊接機(jī)器人也越來(lái)越受到科研人員和生產(chǎn)廠家的青睞。本文結(jié)合松下TM-1400型焊接機(jī)器人，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中常見(jiàn)的焊接軌跡進(jìn)行示教分析，并對(duì)相關(guān)示教命令程序進(jìn)行解釋說(shuō)明，以期解決焊接自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)踐中的突出問(wèn)題。

1 設(shè)備和材料

設(shè)備包括日本松下（Panasonic）公司生產(chǎn)的TM-1400GⅢ焊接機(jī)器人系統(tǒng)（配備GⅢ控制器和示教器）、YD350GL型全數(shù)字CO2焊接電源、YA-1GJB23型變位機(jī)單元和示教針等。YD350GL型全數(shù)字焊接電源采用高速CPU實(shí)現(xiàn)細(xì)致的波形控制，采用帶編碼器的送絲裝置實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定送絲，以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)高效率焊接。焊接材料為直徑1.2mm的H08Mn2SiA焊絲和Q235鋼板等。

2 焊接軌跡示教

焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，必須預(yù)先賦予機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)順序三部分信息，以使機(jī)器人完成規(guī)定的動(dòng)作和作業(yè)，如圖1所示。操作者要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的示教，只需要完成運(yùn)動(dòng)軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)順序的示教。運(yùn)動(dòng)軌跡的示教是機(jī)器人示教的重點(diǎn)，它是指機(jī)器人為完成某一任務(wù)，其工具中心點(diǎn)（TCP點(diǎn)）所要運(yùn)動(dòng)的軌跡；作業(yè)條件和作業(yè)順序的示教是指焊接電流、焊接電壓、焊接速度、板厚、焊縫形狀、焊腳高度、焊接順序以及與外部設(shè)備的協(xié)調(diào)等參數(shù)的設(shè)置。

圖1 焊接機(jī)器人示教內(nèi)容

2.1 不帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教

無(wú)論是手工操作還是自動(dòng)化焊接，直線焊接是最常見(jiàn)最簡(jiǎn)單的。用焊接機(jī)器人完成不帶擺動(dòng)的直線焊接作業(yè)通常需要6個(gè)示教點(diǎn)，如圖2所示為不帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教示意圖。圖3是不帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P003→P004、P004→P005均為直線移動(dòng)，其中P003→P004是焊接區(qū)間。結(jié)合表1中不帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡程序及說(shuō)明可知，示教時(shí)，首先建立一個(gè)程序，選擇合適的坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)軸，手動(dòng)操作機(jī)器人依次移動(dòng)到各個(gè)目標(biāo)位置。機(jī)器人原點(diǎn)P001，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；作業(yè)臨近點(diǎn)P002，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；焊接開(kāi)始點(diǎn)P003，屬性為焊接點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEL；焊接結(jié)束點(diǎn)P004，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEL；焊槍規(guī)避點(diǎn)P005，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEL；復(fù)制示教點(diǎn)P001的命令粘貼到機(jī)器人原點(diǎn)P006，快速完成程序設(shè)定。

命令A(yù)RC-SET設(shè)定焊接電壓、焊接電流和速度參數(shù)；命令CRATER設(shè)定收弧電壓、收弧電流和收弧時(shí)間等。接著進(jìn)行軌跡跟蹤，以修正程序示教點(diǎn)位置坐標(biāo)，并完成作業(yè)次序指令的插入、修改與刪除。確保程序正確無(wú)誤后，選擇手動(dòng)或自動(dòng)方式完成示教程序的再現(xiàn)，軌跡良好就可以進(jìn)行再現(xiàn)焊接。

圖2 不帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教示意圖

圖3 不帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教編程示意圖

表1 直線焊接軌跡示教程序及說(shuō)明

2.2 帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教

焊接機(jī)器人焊接時(shí)，為了有效控制電弧熱源對(duì)熔敷金屬的作用和焊接熔池溫度場(chǎng)的分布，焊槍在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要擺動(dòng)，最簡(jiǎn)單的是帶擺動(dòng)的直線焊接。用機(jī)器人完成帶擺動(dòng)的直線焊接作業(yè)通常需要8個(gè)示教點(diǎn)，如圖4所示為帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教示意圖，圖5是帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P006→P007為直線移動(dòng)，而P003→P006是焊接區(qū)間。結(jié)合表1中帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教程序及說(shuō)明，具體示教過(guò)程如下：首先建立一個(gè)程序，選擇合適的坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)軸，手動(dòng)操作機(jī)器人依次移動(dòng)到各個(gè)目標(biāo)位置，機(jī)器人原點(diǎn)P001，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；作業(yè)臨近點(diǎn)P002，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；焊接開(kāi)始點(diǎn)P003，屬性為焊接點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVELW；振幅點(diǎn)1-P004，插補(bǔ)方式為WEAVEP；振幅點(diǎn)2-P005，插補(bǔ)方式為WEAVEP；焊接結(jié)束點(diǎn)P006，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVELW；焊槍規(guī)避點(diǎn)P007，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEL；復(fù)制示教點(diǎn)P001的命令粘貼到機(jī)器人原點(diǎn)P008。

同樣地，命令A(yù)RC-SET設(shè)定焊接電壓、焊接電流和速度參數(shù)；命令CRATER設(shè)定收弧電壓、收弧電流和收弧時(shí)間等。此外還可以設(shè)定擺動(dòng)類型、擺動(dòng)頻率和擺動(dòng)寬度等。軌跡的跟蹤、確認(rèn)和再現(xiàn)焊接與直線運(yùn)動(dòng)軌跡一樣。

圖4 帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教示意圖

圖5 帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教編程示意圖

2.3 不帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教

圓弧焊接也是一種典型的常見(jiàn)的焊接軌跡，如騎作式管和平板的垂直俯立焊。用機(jī)器人完成不帶擺動(dòng)的圓弧焊接作業(yè)通常需要7個(gè)示教點(diǎn)，圖6所示為不帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教示意圖，圖7是不帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P005→P006為直線移動(dòng)，P003→P005是焊接區(qū)間。結(jié)合表2中不帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡程序及說(shuō)明，可知示教順序如下：機(jī)器人原點(diǎn)P001，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；作業(yè)臨近點(diǎn)P002，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；焊接開(kāi)始點(diǎn)P003，屬性為焊接點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEC；焊接中間點(diǎn)P004，屬性為焊接點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEC；焊接結(jié)束點(diǎn)P005，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEC；焊槍規(guī)避點(diǎn)P006，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEL；復(fù)制示教點(diǎn)P001的命令粘貼到機(jī)器人原點(diǎn)P006。其他設(shè)置與直線焊接軌跡示教相同。

圖6 不帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教示意圖

圖7 不帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖

2.4 帶擺動(dòng)的圓弧擺動(dòng)焊接軌跡示教

與直線擺動(dòng)類似，圓弧焊接時(shí)有時(shí)也需要擺動(dòng)。用機(jī)器人完成帶擺動(dòng)的圓弧焊接作業(yè)通常需要9個(gè)示教點(diǎn)，圖8為帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P007→P008為直線移動(dòng)，P003→P007是焊接區(qū)間。結(jié)合表2中帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教程序及說(shuō)明，發(fā)現(xiàn)其示教與帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教類似，示教點(diǎn)依次為，機(jī)器人原點(diǎn)P001，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；作業(yè)臨近點(diǎn)P002，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEP；焊接開(kāi)始點(diǎn)P003，屬性為焊接點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVECW；振幅點(diǎn)1-P004，插補(bǔ)方式為WEAVEP；振幅點(diǎn)2-P005，插補(bǔ)方式為WEAVEP；焊接中間點(diǎn)P006，屬性為焊接點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVECW；焊接結(jié)束點(diǎn)P007，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVECW；焊槍規(guī)避點(diǎn)P008，屬性為空走點(diǎn)，插補(bǔ)方式為MOVEL；復(fù)制示教點(diǎn)P001的命令粘貼到機(jī)器人原點(diǎn)P009。參數(shù)設(shè)定、跟蹤和再現(xiàn)焊接也與直線軌跡示教一樣。

圖8 帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖

表2 圓弧焊接軌跡示教程序及說(shuō)明

3 結(jié)論

本文以松下TM-1400型焊接機(jī)器人為載體，簡(jiǎn)要分析了直線和圓弧焊接軌跡的示教編程。不帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教需要6個(gè)示教點(diǎn)，而帶擺動(dòng)的直線焊接軌跡示教需要8個(gè)示教點(diǎn)；不帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教需要7個(gè)示教點(diǎn)，而帶擺動(dòng)的圓弧焊接軌跡示教需要9個(gè)示教點(diǎn)。相同條件下，帶擺動(dòng)的焊接軌跡比不帶擺動(dòng)的焊接軌跡多2個(gè)示教點(diǎn)，這是由于擺動(dòng)需要增添2個(gè)振幅點(diǎn)。插補(bǔ)方式也不同，直線的插補(bǔ)方式為MOVEL，圓弧的插補(bǔ)方式為MOVEC，直線擺動(dòng)的插補(bǔ)方式為MOVELW，圓弧擺動(dòng)的插補(bǔ)方式為MOVECW，振幅的插補(bǔ)方式都是WEAVEP。示教后的軌跡跟蹤和再現(xiàn)焊接程序一致。因?yàn)槿我庑螤畹能壽E均可由上述幾種基本軌跡組合而成，因此通過(guò)上述方法可以實(shí)現(xiàn)任意軌跡的示教編程。

（責(zé)任編輯 呂春紅）

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Analysis of W elding Trajectory Teaching Based on Panasonic TM-1400 W elding Robot

FENG Zhen，et al
(Department of Materials Engineering, Henan Institute of Technology, Xinxiang 453003, China)

Welding robot is an automated production equipment, which can obtain humanoid operation, automatic control, repeatable programm ing, and completing all kinds of welding operation in three-dimensional space. Welding robot also can work continuously under the harsh environment and can provide stable welding quality, and then improving the working efficiency, reducing labor intensity. Therefore, putting Panasonic TM -1400 type welding robot as a carrier, the common line and arc welding trajectories are teaching analyzed, and then the related teaching command procedures are explained.

automatic welding; welding robot; trajectory; teaching

TP242

A

1008–2093(2017)02–0008–05

2017-02-03

新鄉(xiāng)市創(chuàng)新型科技團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（CXTD16004）；河南省教學(xué)技術(shù)裝備和實(shí)踐教育研究項(xiàng)目（GZS139）

馮振（1988―），男，河南民權(quán)人，碩士，主要從事材料加工研究。