焊接機器人編程技術 機器人概述 1.工業機器人的定義和分代概念 國際標準化組織的定義 工業機器人 國際標準化組織的定義﹕工業機器人 是一種可重復編程和多功用的﹑用來搬運 资料﹑零件﹑东西的機器手﹔或能執行不 同任務面具有可改變和可編程的專門系統。 工業機器人﹐就其發展可分為三代﹕ 一 第一代機器人﹕具有示教再現﹐對 環境的變化沒有應變才能。 第二代機器人﹕在示教再現的機器 人上加感覺系統﹐如視覺﹑力覺﹑觸覺 等。對環境有必定的適應才能。 第三代機器人﹕即智能機器人﹐它 能理解人的指令。感知周圍的環境﹑識 別操作的對象﹐并自行規劃操作順序以 完结賦予的任務。 2.工業機器人首要名詞術語 a 機器手(Manipulator):具有和人臂类似 的功用﹐可在空間抓放物體或進行其它操作 的機械裝置。 b 驅動器(actuator):將電能或流體能轉化 成機械能的動力裝置。 c 作业空間(Working Space)機器人在執 行任務時﹐其腕軸交點能在空間活動的範圍。 d 作业原點(Work Origin):機器人作业空間 的基準點。 e 速度(Velocity):機器人在額定條件下﹐勻 速運動過程中﹐东西中心點在單位時間內所移 動的距離或轉動视点。 f 額定負載(Rated load):機器人在限制的操 作條件下﹐其機器接口處能接受的最大負載﹐ 用質量或力矩表明。 g 重復位姿精度(Pose Repeatability):機器人在 同一條件下﹐用同一办法操作時﹐重復n次所測 得的位姿共同度。 h 存儲容量(Memory capacity):計算機存儲裝 置中可存儲的方位﹑順序﹑速度等信息的容 量﹐ 一般用時間或方位點數來表明。 I 外部檢測功用(External Measuring Ability):機器人所具備對外界物體狀態和環境 狀況的檢測才能。 j 內部檢測功用(Internal Measuring Ability): 機器人對自身的方位﹑速度等狀態的檢測能 力。 k 自診斷功用(Self Diagnosis Ability): 機器人判斷自身悉数或部分狀態是否處於正 常的才能。 二.機器人的根本構成 1.機器手 機械手是機器人的操作部分由它直接帶動 结尾操作器(如焊槍﹑點焊鉗)實現各種運動和 操作﹐又稱為操作機。它的結構多樣﹐完全根 據任務需求而定﹐現有的工業機器手首要結構 方法有三種﹕ a.機床式 結構類似機床﹐其達到空間方位的三個運 動(X﹑Y﹑Z)是由直線運動構成﹐其结尾操作 器的姿態由旋轉過去構成。首要用於簡易和專 用焊接機器人。 b.全面關節式 結構類似人的腰部和手部﹐其方位和姿態 悉数由旋轉運動構成。现在的焊接機器人屬這 種結構。 c.平面關節式 平面關節機器手的機構特點是上下運動由 直線運動構成﹐其它運動由旋轉運動構成。這 種這種結構在笔直方向剛度大﹐水平方向又 非常靈活﹐適合以插裝為主的裝配作業。 機械手的結構雖然多種多樣﹐但都是由 常用機構組成。以上圖為例﹐它都 是由機座 ﹑軸(四個﹑五個或六軸)及结尾操作器組成。 每一軸都由一台伺服電機驅動﹐现在機器人 选用的電機驅動器可分為以下几類﹕ a.步進電機驅動器﹕大多用於精度較低 的經濟型工業機器人。 b.直流電機伺服系統驅動器 精度高﹑變速範圍大﹑動態功用好﹐是现在 機器人的首要驅動方法。 c.沟通電機驅動器 具有直流伺服系統的悉数優點﹐并且取消了 換相炭刷﹐不需求定时更換炭刷﹐大大延長了機 器人的維修周期﹐正在推廣中。 2.操控柜 操控柜是機器人的核心部件﹐它實施機器人 的悉数操控信息處理和對機械手的運動操控。 a.示教器(Teach pendant) 示教器是人機信息交換界面﹐通過它 能够操縱機械手動作﹑編程﹑修正機器內 部參數。 b.操作面板(Operator’s panel) c.軟驅(Disk drive) 三 點焊接機器人 點焊機器人雖然有多種結構方法﹐但大體 上都能够分為三大組成部分﹐即機器人本體﹐ 點焊焊接系統及操控系統。 现在應用較廣的點焊機器人﹐其本體方法 為直角坐標簡易型及全關節型。前者可具有1~ 3自由度﹐焊件及點焊方位遭到限製﹔後者具 有 5~6個自由度﹐分DC伺服和AC伺服兩種形 式﹐能在可達到的作业區間內恣意調整焊鉗姿 態﹐以適應多種方法結構的焊接。 1.點焊機器人系統 焊接系統首要由焊接操控器﹑焊鉗(含阻 焊變壓器)及水﹑電﹑氣等輔助部分組成。 點焊機器人焊鉗 從用途上可分為C型和X型兩種﹐C型焊 鉗用於點笔直及近似於笔直傾斜方位的焊 縫﹐ X型焊鉗則首要用於點焊水平及近似於水平 傾斜方位的焊縫。 從阻焊變壓器與焊鉗的結構關系上右將 焊鉗分為分離式﹑內藏式和一體式三種方法。 點焊機器人對焊接系統的要求 a.應选用具有浮動加壓裝置的專用焊 鉗﹐ 焊鉗分量要輕﹐可具有長﹑短兩種行程﹐以 便於快速焊接及修整。更換電極﹑跨越障礙 等。 b.一體式焊鉗的重心應設計在固定法盤的 軸心線上。 c.焊接操控系統應能對焊接過程中的各種 毛病進行自診斷及自保護。 3.點焊機器人的選擇 在選用或引進點焊機器人時必須留意以 下几點﹕ a. 必須使點焊機器人實際可達到的作业空 間大於焊接所需的作业空間。 b. 按工件形狀﹑種類﹑焊縫方位選用焊鉗。 c.應選內存容量大﹑示教功用全。操控精 度高的點焊機器人。 四.弧焊機器人 1. 弧焊機器人的選擇 弧焊用的工業機器人一般有五個自由度以 上﹐具有六個自由度的機器人能够保証焊槍 的恣意空間軌跡和姿態。直線運動速度可達 1m/s以上﹐重復定位精度可達±0.2mm﹐能够 通過示教和再現方法或編程方法作业。還應 具有焊槍的擺動功用以滿足焊接工藝要求。 五.焊接機器人首要技術指標 焊接機器人的首要技術指標可分兩大部 分﹕機器人的通用指標和焊接機器人的專門 指標。 1.機器人的通用指標﹕ a.自由度數 反映機器人靈活性的重要指標。一般說來 ﹐有三個自由度就可達到機器人作业空間任何 一點﹐但焊接機器人一般要5個以上自由度。 b.負載 指機器人结尾能接受的額定載荷。弧焊機 器人要求的負載一般為5~10kg﹐點焊機器人要 求的負載一般為40~90kg。 c.作业空間 廠家所給出的作业空間是機器人未裝任 何结尾操作器情況下的最大可達空間。但應 特別留意的是﹐在裝上焊槍(或焊鉗)等後﹐ 要考慮保証焊槍姿態﹐實際可焊接空間會比 廠家給出的小。 d.最大速度 是在生產中影響生產功率的重要指標。 一般來說1~1.5m/s已能滿足要求。 e.重復定位精度 這是機器人最重要的指標之一。對弧焊 機器人﹐應小於焊絲直徑的一半﹐即±0.2~0.4 毫米﹔對點焊機器人也應小於焊鉗直徑的一 半以下﹐即1~2mm。 f.自診斷功用 指機器人對首要元器件﹑首要功用模塊 進行自動檢查﹑毛病報警﹑毛病部位顯示的 功用。它對保証機器人快速維修和進行保证 非常重要。它是評價機器人完善程度的首要 指標之一。 g.自保護和安全保证功用 指機器人在受外界影響時所能做出的安 全办法。它起到機器人預防傷人傷物效果。 2.焊接機器人專用技術指標 a.擺動功用 指焊槍在焊接過程中沿焊縫作必定規律 的擺動。這對弧焊機器人特别重要﹐它關系 到弧焊機器人的工藝功用。擺動功用的最佳選 擇是能在空間(X-Y-Z)範圍內恣意設定擺動方 式和參數。 b.焊接工藝毛病自檢和自處理功用 指機器人對常見的焊接工藝毛病﹐如弧焊 的粘絲﹑斷絲﹑點焊的粘電極等做出檢出并實 時自動停車報警的功用。 c.引弧和收弧功用 為確保焊接質量﹐需求變參數﹐在機器人 焊接中﹐在示教時應能設定和修正﹐這是弧焊 機器人不行少的功用。 六.焊接機器人編程知識 1.編程窗口 機器人的程序編寫有兩個途徑﹕第一是 直接在示教器上編寫。第二是在電腦上通過機 器人的專用軟件編寫﹐然後通過網絡傳送給機 器人。一般來說在電腦上編寫是為了作模擬﹐ 實際的生產是通過在生產現場用示教器操作。 上圖是示教器的暗示圖﹐編程首要通過調用 各種指令完结。 一個簡單的應用程序首要由三個不同的部分組 成﹕一個主程序﹔几個子程序﹔程序 數據。 2.編程的首要指令﹕ a.根本運動指令 MoveL p1, v100, z10, tool1; 這是指示機器人作直線(Linear)運動的指 令﹐ 附近的還有MoveJ(關節軸運動)﹑ MoveC(圓周 運動)。 p1﹕ 目標方位點﹔ v100﹕機器人的運動速度﹔ z10﹕規定在轉彎區尺度﹔ tool1﹕东西中心點。(TCP) b.輸入輸出群指令 do 指機器人的輸出信號 di 指機器人的輸入信號。 Set do1: 將一個輸出信號賦值為1﹔ Reset do1﹕將一個輸出信號賦值為0﹔ Wait DI di1/maxtime:=5/Timeflag:=flag1: 等侍輸入信號di1值為1. C.通讯指令(人機對話) TP ERASE : 清屏指令 TP WRITE : 書寫指令 TP WRITE “ABB”: 顯示ABB TP WRITE ABB: 顯示所賦予ABB的值。 ABB TP Read num”reg”: 在示教板上賦予機器人 變量數據。 Wait Time 3:等候3秒﹐再執行下一行指令。 d.程序流程指令 IF 判斷執行指令 IF exp1 THEN 契合exp1 條件﹐ “Yes-part1” 執行“Yes-part1” 指令﹐ ELSEIF exp2 THEN 契合exp2 條件﹐ “Yes-part2” 執行“Yes-part2” 指令﹐ ELSE 不契合exp1﹑ exp2條件 “ Not-part” 執行“Not-part” 指令。 ENDIF e.焊接指令 ArcL\On, p1, v100,sm1, wd1, wv, fine,torch; ArcLc, p2, p3﹐ v100,sm2, wd3, wv2, z1,torch; ArcL\Off, p1, v100,sm3, wd3, wv, fine,torch; ArcL\On(Off)﹕焊接起弧(收弧)﹔ sm﹕焊接起弧﹐收弧參數 wd﹕焊接參數 wv﹕擺弧參數 3. 完好的焊接程序 MoveL p0, v100, z10, torch; ArcL\On, p1, v10,sm1, wd1, wv, fine,torch; ArcL, p2, v10,sm1, wd1, wv, z1,torch; ArcC, p3, p4﹐ v10,sm2, wd3, wv2, z1,torch; ArcL\Off, p5, v10,sm3, wd3, wv, fine,torch; MoveL p6, v100, z10, torch;
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