焊接機器人的選購應用
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一、機器人的發(fā)展歷史
早在三千多年前的西周時代，我國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上zui早的“機器人”。
在近代，隨著*次、第二次工業(yè)革命，各種機械裝置的發(fā)明與應用，世界各地出現(xiàn)了許多“機器人”玩具和工藝品。這些裝置大多由時鐘機構驅動，用凸輪和杠桿傳遞運動。
1920年，捷克作家K.凱比克在一科幻劇本中提出了ROBOT（漢語前譯為“勞伯”）這個名詞?，F(xiàn)在已被人們作為機器人的名詞。
1950年美國作家I.阿西莫夫提出了機器人學（Robotics）這一概念，并提出了所謂的“機器人三原則”，即： 1.機器人不可傷人；2.機器人必須服從人給與，但不和（1）矛盾的指令；3.在與（1）、（2）原則不相矛盾的前提下，機器人可維護自身不受傷害。
本世紀50、60年代，隨著機構理論和伺服理論的發(fā)展，機器人進入了使用化階段。1954年美國的G.C.Devol發(fā)表了“通用機器人”；1960年美國AMF公司生產了柱坐標型Versatran機器人，可作點位和軌跡控制，這是世界上*種用于工業(yè)生產上的機器人。
70年代，隨著計算機技術、現(xiàn)代控制技術、傳感技術、人工智能技術的發(fā)展，機器人得到了迅速發(fā)展。1974年Cincinnati Milacron公司開發(fā)成功多關節(jié)機器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA機器人，它是一種多關節(jié)、全電動驅動、多CPU二級控制；采用VAL語言；可配視覺、觸覺、力覺傳感器，在當時是一種技術*的工業(yè)機器人。現(xiàn)在的工業(yè)機器人結構大體上是以此為基礎的。
這一時期的機器人屬于“示教再現(xiàn)”（Teach-in / Playback）型機器人。只具有記憶、存儲能力，按相應程序重復作業(yè)，但對周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能力。這種機器人被稱作*代機器人。
進入80年代，隨著傳感技術，包括視覺傳感器、非視覺傳感器（力覺、觸覺、接近覺等）以及信息處理技術的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代機器人—有感覺的機器人。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關信息，進行一定的實時處理，引導機器人進行作業(yè)。第二代機器人已進入了使用化，在工業(yè)生產中得到廣泛應用。
第三代機器人是目前正在研究的“智能機器人”。它不僅具有比第二代機器人更加完善的環(huán)境感知能力，而且還具有邏輯思維、判斷和決策能力，可根據(jù)作業(yè)要求與環(huán)境信息自主地進行工作。
二、機器人的定義和基本組成
由于研究的側重點不同，對于機器人的定義，上目前尚未有明確的統(tǒng)一標準。綜合各種定義，可將機器人理解為：機器人是一種在計算機控制下的可編程的自動機器，根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需要，它具有至少一項或多項擬人功能，另外還可能程度不同地具有某些環(huán)境感知能力（如視覺、力覺、觸覺、接近覺等），以及語言功能乃至邏輯思維、判斷決策功能等，從而使它能在要求的環(huán)境中代替人進行作業(yè)。
機器人一般由以下部分組成：
1. 機械本體
機器人的機械本體機構基本上分為兩大類：一類是操作本體機構，它類似人的手臂和手腕，配上各種手爪與末端操作器后可進行各種抓取動作和操作作業(yè)，工業(yè)機器人主要采用這種結構。另一類為移動型本體結構，主要目的是實現(xiàn)移動功能，主要有輪式、履帶式、足腿式結構以及蛇行、蠕動、變形運動等機構。壁面爬行、水下推動等機構也可歸于這一類。
2.驅動伺服單元
機器人本體機械結構的動作是依靠關節(jié)機器人的關節(jié)驅動，而大多數(shù)機器人是基于閉環(huán)控制原理進行的。伺服控制器的作用是使驅動單元驅動關節(jié)并帶動負載超減少偏差的方向動作。已被廣泛應用的驅動方式有，液壓伺服驅動、電機伺服驅動，近年來氣動伺服驅動技術也有一定進展。
3.計算機控制系統(tǒng)
各關節(jié)伺服驅動的指令值由主計算機計算后，在各采樣周期給出。主計算機根據(jù)示教點參考坐標的空間位置、方位及速度，通過運動學逆運算把數(shù)據(jù)轉變?yōu)殛P節(jié)的指令值。
通常的機器人采用主計算機與關節(jié)驅動伺服計算機兩級計算機控制，有時為了實現(xiàn)智能控制，還需對包括視覺等各種傳感器信號進行采集、處理并進行模式識別、問題求解、任務規(guī)劃、判斷決策等，這時空間的示教點將由另一臺計算機上級計算機根據(jù)傳感信號產生，形成三級計算機系統(tǒng)。
4.傳感系統(tǒng)
為了是機器人正常工作，必須與周圍環(huán)境保持密切，除了關節(jié)伺服驅動系統(tǒng)的位置傳感器（稱作內部傳感器）外，還要配備視覺、力覺、觸覺、接近覺等多種類型的傳感器（稱作外部傳感器）以及傳感信號的采集處理系統(tǒng)
5. 輸入/輸出系統(tǒng)接口
為了與周邊系統(tǒng)及相應操作進行與應答，還應有各種通訊接口和人機通信裝置。工業(yè)機器人提供一內部PLC，它可以與外部設備相聯(lián)，完成與外部設備間的邏輯與時實控制。一般還有一個以上的串行通訊接口，以完成磁盤數(shù)據(jù)存儲、遠程控制及離線編程、雙機器人協(xié)調等工作。一些新型機器人還包括語音合成和識別技術以及多媒體系統(tǒng)，實現(xiàn)人機對話。
三、弧焊機器人的選購應用
首先，為了滿足機器人工作空間內任一位姿可達，要有5個自由度，但為了避障，一般應有6個自由度。對于焊接機器人，焊槍送絲機的重量一般都不大，為5Kg至6Kg。由于機器人的空間機構構形不同，即使同樣負載，連桿尺寸相近的機器人其空間運動范圍也是相差很大的，一般說，平行四邊形結構的機器人空間運動范圍小于關節(jié)型機器人。所以，吊裝或壁裝機器人一般用關節(jié)型機器人。點到點的運動精度一般為+/-0.1mm或+/-0.05mm，zui大運動速度為1m/s至1.5m/s；在價格相近的情況下，盡量選擇精度高，運動速度大的產品，因為以上指標反映了機器人的全面素質，同時也與機器人性能衰減有關。
關于I/O功能，一般機器人的I/O接口除了可被主程序（JOB）尋址操作外，還可以進行內部PLC式編程；對于內部PLC的要求，主要是性能可靠，因為受應用限制，它比一般的通用PLC功能要差一些，一般只具備zui基本的邏輯和時序功能，故對性能要求不能太高。運動插補功能一般要求具有關節(jié)，直線，圓弧等功能就可以了。現(xiàn)在的機器人一般都有比較完善的自診斷和安全防護功能；一般機器人的平均*時 間大約為20000小時以上——即按一天兩班工作制（16小時/天），五年內不會發(fā)生故障。對于弧焊機器人，為了完成模仿人焊接的動作而得到高質量的焊縫，還要求有擺動功能，有了這種功能，機器人也就具備了以電弧作傳感器進行焊縫跟蹤的條件。對于第二代弧焊機器人，除了有示教再現(xiàn)功能外，還應具有一定的對周圍環(huán)境的適應能力，比如焊接開始點檢測和焊縫跟蹤功能。對于焊縫跟蹤功能，目前已經發(fā)展了如機械接觸式、電磁感應式、電弧感應式、光電感應式和視覺傳感器等。關于弧焊機器人的輔助設備如焊機，送絲機，焊槍及焊槍清理裝置，水冷裝置等要求有比較高的可靠性。機器人焊槍是一個非常重要的部件，應當特制。對于工程機械或大型設備制造和汽車工業(yè)的焊接，有條件的廠家應盡量選擇好一些的焊槍和焊槍清理設備，一定會從中受益的。
四、點焊機器人的選購應用
點焊機器人對于運動的要求一般不象弧焊機器人那么嚴格（理論上甚至只要求點到點的運動功能），點到點重復定位精度為+/-0.5mm以下就可以了，對軌跡的重復定位精度要求也不太嚴格，只要運動范圍滿足生產要求就可以了；對機器人的要求是力量大，結構剛性好，結實可靠，點焊機器人的主要選擇指標在點焊設備。焊鉗和電源是點焊機器人附助設備中zui重要的設備，電源的效率直接決定機器人負載的大小和水流量的多少，并且由于點焊設備耗能極大，所以提高電源效率對節(jié)能具有重大點意義，一體化焊鉗主要就看它的電源變壓器質量。當車間里點焊機很多時，耗電量極大，如果光靠提高車間供電變壓器的容量，勢必造成資源和金錢的浪費，而且當多臺焊機同時工作時，容易造成電網負載陡增，電網電壓陡降的情況，因此，應設置焊接群控系統(tǒng)，對多臺焊機進行群控，實現(xiàn)焊接電流的分時交錯，穩(wěn)定電網電壓，保證焊點的質量。焊鉗的選擇主要看形狀是否能適應工作要求，再有就是要看水、氣路和接頭是否設計合理，是否易發(fā)生漏氣、漏水事故。電纜的選擇也很重要，要求選用無感電纜。對于一體化焊鉗，由于將電網動力電直接接到焊接變壓器上，如果將電源線隨意放置，那么由于機器人的不斷運動，會與電源線發(fā)生磨擦，如果導線裸露，后果不堪設想，因此，一要選擇耐磨電纜，二要把電纜隨機器人固定好或干脆用耐磨軟管套在電纜外邊。有的機器人生產廠家的產品設計時考慮的很周到，可以將水、電、氣等管線穿過機器人本體內部或能很方便地固定于機器人本體上，這樣就避免了出現(xiàn)以上后果的可能。壓縮空氣和水的供應質量也很重要，必須先經過過濾，去除水中的雜質和空氣中的塵埃顆粒，否則時間久了會發(fā)生堵塞或腐蝕，造成水壓、氣壓不足，影響產品的質量和焊鉗的壽命。
