焊接机器人系统.ppt
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1、第六章第六章 焊接接机器人系机器人系统第一节 焊接机器人概论一、焊接机器人的定义一、焊接机器人的定义工工业业机机器器人人是是一一种种多多用用途途的的、可可重重复复编编程程的的自自动动控控制制操操作作机机,具具有有三三个个或或更更多多可可编编程程的的轴轴,用用于于工业自动化领域。工业自动化领域。焊焊接接机机器器人人是是从从事事焊焊接接作作业业(包包括括切切割割与与喷喷涂涂)的工业机器人。的工业机器人。二、焊接机器人的分类二、焊接机器人的分类1、按用途来分、按用途来分弧焊机器人弧焊机器人点焊机器人点焊机器人 2、按构形来分、按构形来分侧置式(摆式)结构侧置式(摆式)结构 平行四边形结构平行四边形结
2、构 3、按结构坐标系特点来分、按结构坐标系特点来分球坐标型球坐标型 全关节型全关节型 直角坐标型直角坐标型 圆柱坐标型圆柱坐标型 4、按受控运动方式来分、按受控运动方式来分(1)点位控制()点位控制(PTP)型)型机器人受控方式机器人受控方式为自一个点位目自一个点位目标移向另一个点位目移向另一个点位目标,只在目只在目标点上完成操作。要求机器人在目点上完成操作。要求机器人在目标点上有足点上有足够的的定位精度。相定位精度。相邻目目标点点间的运的运动方式有两种:一是各关方式有两种:一是各关节驱动机以最快速度机以最快速度趋近近终点,各关点,各关节视其其转角大小不同而角大小不同而到达到达终点有先有后;一
3、是各关点有先有后;一是各关节同同时趋近近终点,由于各关点,由于各关节运运动时间相同,所以角位移大的运相同,所以角位移大的运动速度速度较高。高。点位控制型机器人主要用于点点位控制型机器人主要用于点焊作作业。(2)连续轨迹控制(迹控制(CP)型)型机器人各关机器人各关节同同时作受控运作受控运动,使机器人,使机器人终端按端按预期的期的轨迹和速度运迹和速度运动,为此各关此各关节控制系控制系统需要需要实时获取取驱动机的角位移和角速度信号。机的角位移和角速度信号。连续轨迹控制只要用于弧迹控制只要用于弧焊机器人。机器人。气气压驱动气气压驱动的的主主要要优点点是是气气源源方方便便,驱动系系统具具有有缓冲冲作作
4、用用,结构构简单,成成本本低低,易易于于保保养养;主主要要缺缺点点是是功功率率质量比小,装置体量比小,装置体积大,定位精度不高。大,定位精度不高。气气压驱动机器人适用于易燃、易爆和灰机器人适用于易燃、易爆和灰尘大的大的场合。合。5、按驱动方式来分、按驱动方式来分 液液压驱动液液压驱动系系统的功率的功率质量比大,量比大,驱动平平稳,且系,且系统的的固有效率高、快速性好,同固有效率高、快速性好,同时液液压驱动调速比速比较简单,能在很大范能在很大范围实现无无级调速;其主要缺点是易露油,速;其主要缺点是易露油,影响工作影响工作稳定性和定位精度,定性和定位精度,污染染环境,另外需要配境,另外需要配备复复
5、杂的管路系的管路系统,成本,成本较高。高。液液压驱动多用于要求多用于要求输出力大、运出力大、运动速度速度较低的低的场合。合。电气气驱动易易于于控控制制,运运动精精度度高高,使使用用方方便便,成成本本低低廉廉,驱动效效率率高,不高,不污染染环境,是最普遍、境,是最普遍、应用最多的用最多的驱动方式。方式。电气气驱动可可细分分为步步进电机机驱动、直直流流电机机驱动、无无刷刷直直流流电机机驱动、交交流流伺伺服服电机机驱动等等多多种种方方式式。无无刷刷电机机驱动有有着着最最大大的的转矩矩质量量比比,由由于于没没有有电刷刷,其其可可靠靠性性极极高高,几乎不需任何几乎不需任何维护。直流伺服电动机原理直流伺服
6、电动机原理无刷电动机原理无刷电动机原理三、焊接机器人系统组成三、焊接机器人系统组成 机器人操作机机器人操作机变位机变位机控制器控制器焊接系统焊接系统焊接传感器焊接传感器 中央控制计算机中央控制计算机 安全设备安全设备 焊接机器人控制系统结构原理焊接机器人控制系统结构原理四、机器人的应用方式四、机器人的应用方式 1、机器人工作、机器人工作单元元 2、带机器人的生机器人的生产线 五、机器人焊接的主要优点五、机器人焊接的主要优点 1、焊接质量高,稳定性好;、焊接质量高,稳定性好;2、可提高劳动生产率;、可提高劳动生产率;3、改善劳动条件;、改善劳动条件;4、降低工人技术操作水平;、降低工人技术操作水
7、平;5、缩短产品更新换代周期;、缩短产品更新换代周期;6、降低生产成本;、降低生产成本;7、柔性化程度高,可实现小批量产品的焊接自动化;、柔性化程度高,可实现小批量产品的焊接自动化;8、在各种极限条件下完成焊接作业。、在各种极限条件下完成焊接作业。六、机器人焊接的发展阶段六、机器人焊接的发展阶段 1、示教再现、示教再现2、离线编程、离线编程3、自主编程、自主编程七、机器人焊接发展概况七、机器人焊接发展概况 自自1962年年美美国国推推出出实实际际上上第第一一台台Unimate型型和和Versatran型型工工业业机机器器人人以以来来,机机器器人人已已经经广广泛泛应应用用于于各各行行各各业业,主
8、主要要进进行行焊焊接接、装装配配、搬搬运运、加加工工、喷喷涂涂、码码垛垛等等复复杂杂作作业,其中半数以上为焊接机器人。业,其中半数以上为焊接机器人。Versatran机器人Unimate机器人第二节焊接机器人系统的基本配置内内 容容焊接机器人操作机接机器人操作机机器人机器人焊接系接系统外外围设备一、焊接机器人操作机的选择一、焊接机器人操作机的选择1、自由度:、自由度:焊焊接接机机器器人人基基本本都都属属于于6轴轴关关节节式式,其其中中1、2、3轴轴的的运运动动是是把把焊焊枪枪(焊焊钳钳)送送到到焊焊接接位位置置,而而4、5、6轴轴的的运运动动是是解决焊枪(焊钳)的姿态问题。解决焊枪(焊钳)的姿
9、态问题。3、机构形式:、机构形式:2、驱动方式:、驱动方式:各各关关节节(轴轴)的的运运动动基基本本采采用用交交流流伺伺服服电电机机驱驱动动。由由于于交交流流伺伺服服电电机机没没有有碳碳刷刷,动动特特性性好好,负负载载能能力力强强,机机械械臂臂运运动动速速度度快快,故故障障率率低低,免免维维护护时时间长。间长。二、机器人焊接系统的选择二、机器人焊接系统的选择1、弧焊装置、弧焊装置焊接电源焊接电源1、负载持续率、负载持续率2、电源种类、电源种类普通焊接电源(晶闸管)普通焊接电源(晶闸管)具有减少短路过渡飞溅的气体保护焊接电源具有减少短路过渡飞溅的气体保护焊接电源(波形控制,表面张力过渡)(波形控
10、制,表面张力过渡)颗粒过渡或者射流过渡用大电流电源颗粒过渡或者射流过渡用大电流电源(晶闸管,(晶闸管,FS 100%,射流过渡,射流过渡MAG焊、粗丝大电流焊、粗丝大电流CO2保护潜弧焊或双丝焊)保护潜弧焊或双丝焊)特殊功能焊接电源特殊功能焊接电源(方波交流电源、带专家系统的协调控制电源和模糊控制电源等)(方波交流电源、带专家系统的协调控制电源和模糊控制电源等)送丝装置送丝装置1、送丝机、送丝机 (安装方式,送丝轮,控制方式,送丝方式)(安装方式,送丝轮,控制方式,送丝方式)2、送丝软管、送丝软管 (结构,送丝导管)(结构,送丝导管)3、焊枪、焊枪 (鹅颈弯曲角,鹅颈弯曲角,TCP的调整,拉丝
11、焊枪)的调整,拉丝焊枪)防撞传感器防撞传感器影响送丝稳定性的因素影响送丝稳定性的因素 送丝机的送丝速度控制精度不高;送丝机的送丝速度控制精度不高;送丝轮的压紧力不适合;送丝轮的压紧力不适合;送丝导管和焊丝的直径不匹配;送丝导管和焊丝的直径不匹配;焊丝表面铜镀层脱落;焊丝表面铜镀层脱落;导丝管过长或者弯曲角度过大;导丝管过长或者弯曲角度过大;焊枪鹅颈角度不合适;焊枪鹅颈角度不合适;2、点焊装置、点焊装置 焊钳;焊钳;变压器;变压器;定时器。定时器。变压器与机器人分离;变压器与机器人分离;变压器装在机器人的上臂上;变压器装在机器人的上臂上;变压器与焊钳组合成一体式。变压器与焊钳组合成一体式。装备组
12、成装备组成结构形式结构形式 一体式焊钳一体式焊钳 气动焊钳气动焊钳 其其电电极极的的张张开开和和闭闭合合由由压压缩缩空空气气通通过过气气缸缸驱驱动动。一一般般有有两两个个局局限限:一一是是电电极极的的张张开开度度一一般般只只有有两两级级,大大的的张张开开度度(大大冲冲程程)主主要要是是为为了了方方便便把把焊焊钳钳深深入入工工件件较较深深的的部部位位,不不会会发发生生焊焊钳钳和和工工件件的的干干涉涉或或者者碰碰撞撞;小小的的张张开开度度(小小冲冲程程)是是在在连连续续点点焊焊时时,为为了了减减小小焊焊钳钳开开合合的的时时间间,提提高高工工作作效效率率。焊焊钳钳的的电电极极开开合合度度在在编编程程
13、时时根根据据工工件件情情况况进进行行设设定定。二二是是电电极极的的压压紧紧力力一一旦旦设设定定,在焊接过程中不能变动。在焊接过程中不能变动。电伺服点焊钳电伺服点焊钳 电动焊钳电动焊钳 其其电电极极的的张张开开和和闭闭合合是是由由伺伺服服电电机机驱驱动动及及码码盘盘反反馈馈闭闭环环控控制制,张张开开度度可可以以根根据据需需要要在在编编程程时时任任意意设设定定,而而且且电电极极间间的的压压紧紧力力(由由电电机机电电流流控控制制)也也能能实实现现无无级级调节。这种具有以下优点:调节。这种具有以下优点:i 大大幅幅度度降降低低每每一一个个焊焊点点的的焊焊接接周周期期。由由于于焊焊钳钳张张合合的的整整个
14、个过过程程都都由由计计算算机机精精确确监监控控,所所以以机机器器人人在在焊焊点点间间移移动动过过程程中中,焊焊钳钳就就可可以以闭闭合合;焊焊完完一一点点后后,焊焊钳钳一一边边打打开开,机机器器人人就就可可以以一一边边移移动动,而而不不必必象象气气动动焊焊钳钳那那样样必必须须等等焊焊钳钳完完全全张张开开后才能移动,也不必等机器人到位后才开始闭合。后才能移动,也不必等机器人到位后才开始闭合。ii 焊焊钳钳的的张张开开度度可可以以根根据据工工件件情情况况任任意意调调节节,只只要要不不发发生生干干涉涉或或者者碰碰撞撞,可可以以尽可能减小张开度,以减少焊钳开合时间,提高焊接效率。尽可能减小张开度,以减少
15、焊钳开合时间,提高焊接效率。iii 焊焊钳钳闭闭合合加加压压时时,不不仅仅压压力力大大小小可可以以任任意意调调节节,而而且且两两电电极极的的闭闭合合速速度度也也是是可可变变的的,开开始始快快后后来来慢慢,最最后后轻轻轻轻地地和和工工件件接接触触,减减少少电电极极冲冲击击和和工工件件变变形形,必必要时还可以调节焊接过程中的压力大小,减少点焊喷溅。要时还可以调节焊接过程中的压力大小,减少点焊喷溅。焊接定时器焊接定时器1、以以前前的的定定时时器器大大多多与与机机器器人人控控制制柜柜分分离离开开,控控制制柜柜只只控控制制机机器器人人的的运运动动、焊焊钳钳姿姿态态和和开开合合,定定时时器器控控制制焊焊接
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