工业机器人技术及应用第7章.ppt

1、工业机器人技术及应用 焊接机器人及其操作应用 讲授：王兴 章节目录 7.1 焊接机器人的分类及特点 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 7.2.2 弧焊机器人 7.2.3 激光焊接机器人 思考练习 学习目标 导入案例 扩展与提高 本章小结 课堂认知 7.3 焊接机器人的作业示教 7.3.1 点焊作业 7.3.2 熔焊作业 7.4 焊接机器人的周边设备.7.4.1 周边设备 7.4.2 工位布局 1/89 课前回顾 所 处 位 置 简述码垛机器人如何进行码垛作业？码垛机器人有哪些周边设备，并叙述其功用？【课 前 回 顾】返回 目录 2/89 学习目标 所 处 位 置 了解焊接机

2、器人的分类及 能够识别常见焊接机器人 特点。【工作站基本构成。学 掌握焊接机器人的系统基 能够进行焊接机器人的简 习 本组成。目 单弧焊和点焊作业示教。标 熟悉焊接机器人作业示教】的基本流程。熟悉焊接机器人典型周边 设备与布局。返回 目录 3/89 认知目标认知目标能力目标能力目标导入案例 国内首条具有完全自主知识产权的智能化工业机器人焊接自动化 所 生产线成功投入运行 处 位 置 随着机器人和数字制造 技术的发展，以人工智能为【代表的智能技术和机器人为 导 入 代表的智能装备日益广泛应 案 例】用，以加工和制造为基础的 劳动密集型产业模式逐渐被 淘汰，使得全球技术要素与市场要素的配置方式发生

3、革命性变化。2011 年，国家战略性新兴产业启动“基于工业机器人的汽车焊接自动化生 产线”项目，重点支持安徽埃夫特智能装备有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、哈尔滨工业大学、中国科学院自动化研究所、北京航空航天大学等单位联合研 制的项目，并首次在奇瑞汽车焊接生产线上示范应用，该生产线能够实现 4 平台、返回 目录 6 种以上车型的白车身柔性化生产，生产线节拍达到 100 秒/车。4/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 使用机器人完成一项焊接任务只需要操作者对它进行一次示教，随后机 所 处 器人即可精确地再现示教的每一步操作。如让机器人去做另一项工作，无须 位 改变任何硬件，只要对它再做一次示教即

4、可。其主要优点有：置 1）稳定和提高焊接质量，保证其均匀性；【2）提高劳动生产率，一天可 24 小时连续生产；课 堂 认 3）改善工人劳动条件，可在有害环境下工作；知】4）降低对工人操作技术的要求；5）缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；6）可实现小批量产品的焊接自动化；7）能在空间站建设、核电站维修、深水焊接等极限条件下 完成人工难以进行的焊接作业；8）为焊接柔性生产线提供技术基础。返回 目录 5/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节型机器人，绝大部分有 6 所 个轴，目前焊接机器人应用中比较普遍的主要有 3 种：点焊机器人、弧焊机 处

5、位 器人和激光焊接机器人。置 【课 堂 认 知】返回 c)激光焊接机器人机器人 a)点焊机器人 b)弧焊机器人 目录 6/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 点焊机器人 点焊机器人是用于点焊自动作业的工业机器人，其末端持握 处 的作业工具是焊钳。实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车 位 置 装配生产线上的电阻点焊开始的。【课 堂 认 知】汽车车身的机器人点焊作业 返回 目录 7/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 点焊机器人 点焊机器人是用于点焊自动作业的工业机器人，其末端持握 处 的作业工具是焊钳。实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车 位 置 装配生产线上的电

6、阻点焊开始的。最初，点焊机器人只用于增强焊作业，即往已拼接好的工件上增加焊 点。后来，为保证拼接精度，又让机器人完成定位焊作业。【课 堂 认 知】b)车门框架增强焊 a)车门框架定位焊 返回 汽车车门的机器人点焊作业 目录 8/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 点焊机器人 点焊机器人是用于点焊自动作业的工业机器人，其末端持握 处 的作业工具是焊钳。实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车 位 置 装配生产线上的电阻点焊开始的。点焊机器人逐渐被要求有更全的作业性能，点焊用机器人不仅要有足 够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位【要准确，以减少移位的时间，提

7、高工作效率。具体来说如下：课 堂 认 1)安装面积小，工作空间大；知】2)快速完成小节距的多点定位（如每 0.30.4 s 移动 3050 mm 节距后定位）；3)定位精度高（0.25 mm），以确保焊接质量；4)持重大（50150 kg），以便携带内装变压器的焊钳；5)内存容量大，示教简单，节省工时；6)点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全可靠性好。返回 目录 9/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 弧焊机器人 弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极气体保护焊和非熔化 处 极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。事实 位 置 上，弧焊过程比点焊过程要复杂得多，被焊工件由

8、于局部加热熔化和冷却 产生变形，焊缝轨迹会发生变化。因此，焊接机器人的应用并不是一开始 就用于电弧焊作业。而是伴随焊接传感器的开发及其在焊接机器人中的应【用，使机器人弧焊作业的焊缝跟踪与控制问题得到有效解决。课 堂 认 知】返回 熔化极气体保护焊机器人 熔化极气体保护焊机器人 目录 弧焊机器人 10/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 弧焊机器人 弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极气体保护焊和非熔化 处 极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。事实 位 置 上，弧焊过程比点焊过程要复杂得多，被焊工件由于局部加热熔化和冷却 产生变形，焊缝轨迹会发生变化。因此，焊接机器人

9、的应用并不是一开始 就用于电弧焊作业。而是伴随焊接传感器的开发及其在焊接机器人中的应【用，使机器人弧焊作业的焊缝跟踪与控制问题得到有效解决。课 堂 焊接机器人在汽车制造中的应用也相继从原来比较单一的汽车装配点 认 焊很快发展为汽车零部件及其装配过程中的电弧焊。知】a）座椅支架 b）消音器 返回 目录 汽车零部件的机器人弧焊作业 11/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 弧焊机器人 弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极气体保护焊和非熔化 处 极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。事实 位 置 上，弧焊过程比点焊过程要复杂得多，被焊工件由于局部加热熔化和冷却 产生变形，焊

10、缝轨迹会发生变化。因此，焊接机器人的应用并不是一开始 就用于电弧焊作业。而是伴随焊接传感器的开发及其在焊接机器人中的应【用，使机器人弧焊作业的焊缝跟踪与控制问题得到有效解决。课 堂 由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及，使得弧焊机器人在通用机 认 械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。知】返回 目录 工程机械的机器人弧焊作业 12/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 弧焊机器人 弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极气体保护焊和非熔化 处 极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。事实 位 置 上，弧焊过程比点焊过程要复杂得多，被焊工件由于局部加热熔化和冷却 产生变形，焊缝

11、轨迹会发生变化。因此，焊接机器人的应用并不是一开始 就用于电弧焊作业。而是伴随焊接传感器的开发及其在焊接机器人中的应【用，使机器人弧焊作业的焊缝跟踪与控制问题得到有效解决。课 堂 为适应弧焊作业，对弧焊机器人的性能有着特殊的要求。除在运动过 认 程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。其他性能如下 知】1)能够通过示教器设定焊接条件（电流、电压、速度等）；2)摆动功能；3)坡口填充功能；4)焊接异常功能检测；5)焊接传感器（焊接起始点检测、焊缝跟踪）的接口功能。返回 目录 13/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 激光焊接机器人 激光焊接机器人是用于激光焊自动作业的工业机器人，处 通过

12、高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具 位 置 是激光加工头。具有最小的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高 焊接产品品质的同时，降低了后续工作量的时间。【课 堂 认 知】a）激光焊接机器人 b）激光切割机器人 返回 激光加工机器人 目录 14/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 激光焊接机器人 激光焊接机器人是用于激光焊自动作业的工业机器人，处 通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具 位 置 是激光加工头。具有最小的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高 焊接产品品质的同时，降低了后续工作量的时间。【课 堂 认 知】汽车车身的激光焊

13、接作业 返回 目录 15/89 7.1 焊接机器人的分类及特点 所 激光焊接机器人 激光焊接机器人是用于激光焊自动作业的工业机器人，处 通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具 位 置 是激光加工头。具有最小的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高 焊接产品品质的同时，降低了后续工作量的时间。激光焊接成为一种成熟的无接触的焊接方式已经多年，极高的能量密【课 度使得高速加工和低热输入量成为可能。与机器人电弧焊相比，机器人激 堂 光焊的焊缝跟踪精度要求更高。基本性能要求如下：认 知】1）高精度轨迹（0.1 mm）；2）持重大（3050 kg），以便携带激光加工头；3）可与

14、激光器进行高速通信；4）机械臂刚性好，工作范围大；5）具备良好的振动抑制和控制修正功能。返回 目录 16/89 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 所 处 点焊机器人主要由操作机、控制系统和点焊焊接系统等组成。位 置 【课 堂 认 知】返回 目录 17/89 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 所 处 点焊机器人本体多为关节型 6 自由度。驱动方式主要为 液压驱动 和 电气 位 驱动。置 控制系统由 本体控制 和 焊接控制 两部分组成，点焊焊接系统主要由点焊 控制器（时控器）、焊钳（含阻焊变压器）及水、电、气等辅助部分组成。【机器人点焊用焊钳从外形结构上有

15、C 型和 X 型 2 种。C 型焊钳用于点焊垂直 课 堂 及近于垂直倾斜位置的焊点；X 型焊钳则主要用于点焊水平及近于水平倾斜 认 知 位置的焊点。】b）X 型焊钳 返回 a）C 型焊钳 目录 点焊机器人焊钳（外形结构）18/89 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 所 处 从电极臂加压驱动方式，点焊机器人焊钳分为气动焊钳和伺服焊钳 2 种。位 置 气动焊钳 利用汽缸来加压，可具有 2-3 个行程，能够使电极完成大开、小 开和闭合 3 个动作，电极压力一旦调顶不能随意变化，目前比较常用。伺服焊钳 采用伺服电机驱动完成焊钳的张开和闭合，焊钳张开度可任意【选定并预置，且电极间的压

16、紧力可无级调节。课 堂 认 知】伺服焊钳 气动焊钳 伺服焊钳与气动焊钳相比，具有 提高工件的表面质量、提高生产效率、返回 改善工作环境 等优点。目录 19/89 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 所 依据阻焊变压器与焊钳的结构关系上，点焊机器人焊钳可分为分离式、内 处 位 藏式和一体式 3 种。置 分离式焊钳 阻焊变压器与钳体相分离，两者之间用二次电缆相连。【课 堂 认 知】缺点：需要大容量的 阻焊变压器，电力损 优点：减小了机 耗较大，能源利用率 器人的负载，运 低。二次电缆存在限 动速度高，价格 制了点焊工作区间与 便宜。焊接位置的选择。分离式焊钳 返回 目录 20/89 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 所 依据阻焊变压器与焊钳的结构关系上，点焊机器人焊钳可分为分离式、内 处 位 藏式和一体式 3 种。置 内藏式焊钳 是将阻焊变压器安放到机器人机械臂内，变压器的二次电缆可 在内部移动。【优点：二 课 缺点：机器人 次电缆较 堂 本体的设计变 认 短，变压 知 得复杂。器的容量】减小。内藏式焊钳 一体式焊钳 是将阻焊变压器和钳体安装在一起，共