為實現高效、準確地焊接,需要組建焊接機器人系統滿足上述要求,典型焊接機器人系統的組成，主要由幾部分組成:機器人操作機(或稱本體、機械臂)、機器人固定或移動裝置、變位機、控制器、焊接系統、焊接傳感器、中央控制計算機及相應的安全設備等。
1、機器人操作機
機器人操作機是焊接機器人系統的執行機構。它與一般的工業機器人組成相同,是由驅動器、傳動機構、機器人臂、關節以及內部傳感器(編碼盤)等組成。它的任務是精 確地保證末端執行器的位姿、速度等運動要求。
執行機構是機器人完成工作任務的機械實體。一般為“機械臂+末端執行器”。在焊接操作中,末端執行器為焊槍或焊鉗,用于完成焊接作業。
機器人的驅動器可以是電機(如步進電機、伺服電機)、氣缸、液壓缸和新型驅動器。而傳動機構可以是諧波傳動、螺旋傳動、鏈傳動、帶傳動、繩傳動、各種齒輪傳動及液力傳動等。
由于具有6個旋轉關節的鉸接開鏈式機器人操作機從運動學上已被證明能以最 小的結構尺寸為代價獲取最 大的運動空間,并且能以較高的位置精度和最 優的路徑到達指定位置,因而這種類型的機器人操作機在焊接領域得到廣泛的運用。
21世紀初,陸續有一些機器人廠家針對焊接用途,對機器人本體進行了改進,使之更適應焊接需求。比較有代表性的改進包括焊槍電纜內置、增加自由度數量等。
(1)焊槍電纜內置:是將第四軸和第六軸設計成空心結構,將焊槍電纜布置于其中,送絲機安裝在第四軸的后方。電纜內置后,消除了焊槍電纜與工件和周邊設備的干涉;焊槍能夠360旋轉,更加容易實現工件內部的焊接、連續焊接和圓周焊接等;同時,送絲穩定性提高,焊接質量得到保障。
(2)7自由度焊接機器人：為了進一步增加機器人的靈活性，出現了7自由度焊接機器人，使結構更加緊湊、動作干涉區間大幅度減小，可以在狹小空間內自由靈活地動作。機器人能夠進行各種干涉的避障，在復雜工作環境下有效作業。
2、機器人固定或運動裝置
為更好地利用機器人的工作區間,合理放置機器人是非常有必要的?？梢岳玫鬃?、導軌、龍門架等方式安裝機器人。
(1) 底座是一個支架,把機器人安裝在一個合適的高度上,獲得更好的工作范圍,合理利用空間,提高工具操作的靈活性。
(2)也可以將機器人安裝在導軌上(導軌上也可以繼續安裝底座),導軌移動時,機器人跟隨移動,可進一步擴大機器人的應用范圍。
(3)也可以將機器人進行壁掛式安裝和懸掛式安裝,以進一步提高機器人系統的空間利用率。懸掛式安裝可以安裝到支架或龍門架上。
3、變位機
變位機作為機器人焊接生產線及焊接柔性加工單元的重要組成部分,其作用是將被焊工件旋轉(平移)到最 佳的焊接位置。在焊接作業前和焊接過程中,變位機通過夾具來裝卡和定位被焊工件,對工件的不同要求決定了變位機的負載能力及其運動方式。
為使機器人操作機能充分發揮效能,焊接機器人系統通常使用兩臺變位機。當在其中一臺變位機上進行焊接作業時,另一臺則完成工件的上裝和卸載,從而使整個系統獲得最 高的費用效能比。
4、機器人控制器
機器人控制器是整個機器人系統的神經中 樞,它由計算機硬件、軟件及一些專用電路組成。其軟件包括控制器系統軟件、機器人專用語言、機器人運動學及動力學軟件、機器人控制軟件、機器人自診斷及自保護軟件等?？刂破髫撠熖幚砗附訖C器人工作過程中的全部信息和控制其全部動作。所有現代機器人的控制器都是基于多處理器,根據操作系統的指令,工業控制計算機通過系統總線實現對不同組件的驅動及協調控制。
5、焊接系統
焊接系統是焊接機器人完成焊接作業的核心裝備。其主要由焊鉗(點焊機器人)或焊槍(弧焊機器人)、焊接電源及其控制器、水電氣等輔助部分組成。焊接控制器是由微處理器及部分外圍接口芯片組成的控制系統,它可以根據預定的焊接監控程序,完成焊接參數輸人、焊接程序控制及焊接系統故障自診斷,并實現與本地計算機及示教器的通信聯系。用于焊接機器人的焊接電源和送絲機必須由機器人控制器直接控制,或通過PLC協調控制,電源在其功率和接通時間上必須與自動過程相匹配。
6、焊接傳感器
在焊接過程中,盡管機器人操作機、變位機、裝卡設備和工具能達到很高的精度,但由于存在被焊工件幾何尺寸和位置誤差,以及焊接過程熱輸人引起的工件變形,傳感器仍是焊接過程中(尤其是焊接大厚工件時)不可缺少的設備。傳感器的任務是實現工件坡口的 定位、焊縫跟蹤以及焊縫熔透信息的獲取。工件坡口的定位主要是采用接觸傳感器; 焊縫的定位采用焊縫跟蹤傳感器,主要有電弧傳感式和激光視覺傳感式;焊縫熔透控制目前還處于科研階段,在實際應用時,可以采用相應傳感器對焊接電流、電弧電壓測量并監控。
7、中央控制計算機
中央控制計算機在工業機器人向系統化和網絡化的發展過程中發揮著重要的作用。通過串行接口或其他網絡通信接口(如CAN口)與機器人控制器相連接,中央控制計算機主要用于在同一層次或不同層次的計算機形成通信網絡,同時與傳感系統相配合,實現焊接路徑和參數的離線編程、焊接專家系統的應用及生產數據的管理。
8、示教器
示教器是一種手持式操作裝置,用于執行與操作機器人系統有關的許多任務,如手動移動機器人TCP點,編制、修改、運行機器人程序等。示教器可在惡劣的工業環境下持續運作,目前很多示教器采用觸摸屏進行操作,其觸摸屏應易于清潔,且防水、防油、防飛濺等。
1、機器人操作機
機器人操作機是焊接機器人系統的執行機構。它與一般的工業機器人組成相同,是由驅動器、傳動機構、機器人臂、關節以及內部傳感器(編碼盤)等組成。它的任務是精 確地保證末端執行器的位姿、速度等運動要求。
執行機構是機器人完成工作任務的機械實體。一般為“機械臂+末端執行器”。在焊接操作中,末端執行器為焊槍或焊鉗,用于完成焊接作業。
機器人的驅動器可以是電機(如步進電機、伺服電機)、氣缸、液壓缸和新型驅動器。而傳動機構可以是諧波傳動、螺旋傳動、鏈傳動、帶傳動、繩傳動、各種齒輪傳動及液力傳動等。
由于具有6個旋轉關節的鉸接開鏈式機器人操作機從運動學上已被證明能以最 小的結構尺寸為代價獲取最 大的運動空間,并且能以較高的位置精度和最 優的路徑到達指定位置,因而這種類型的機器人操作機在焊接領域得到廣泛的運用。
21世紀初,陸續有一些機器人廠家針對焊接用途,對機器人本體進行了改進,使之更適應焊接需求。比較有代表性的改進包括焊槍電纜內置、增加自由度數量等。
(1)焊槍電纜內置:是將第四軸和第六軸設計成空心結構,將焊槍電纜布置于其中,送絲機安裝在第四軸的后方。電纜內置后,消除了焊槍電纜與工件和周邊設備的干涉;焊槍能夠360旋轉,更加容易實現工件內部的焊接、連續焊接和圓周焊接等;同時,送絲穩定性提高,焊接質量得到保障。
(2)7自由度焊接機器人：為了進一步增加機器人的靈活性，出現了7自由度焊接機器人，使結構更加緊湊、動作干涉區間大幅度減小，可以在狹小空間內自由靈活地動作。機器人能夠進行各種干涉的避障，在復雜工作環境下有效作業。
2、機器人固定或運動裝置
為更好地利用機器人的工作區間,合理放置機器人是非常有必要的?？梢岳玫鬃?、導軌、龍門架等方式安裝機器人。
(1) 底座是一個支架,把機器人安裝在一個合適的高度上,獲得更好的工作范圍,合理利用空間,提高工具操作的靈活性。
(2)也可以將機器人安裝在導軌上(導軌上也可以繼續安裝底座),導軌移動時,機器人跟隨移動,可進一步擴大機器人的應用范圍。
(3)也可以將機器人進行壁掛式安裝和懸掛式安裝,以進一步提高機器人系統的空間利用率。懸掛式安裝可以安裝到支架或龍門架上。
3、變位機
變位機作為機器人焊接生產線及焊接柔性加工單元的重要組成部分,其作用是將被焊工件旋轉(平移)到最 佳的焊接位置。在焊接作業前和焊接過程中,變位機通過夾具來裝卡和定位被焊工件,對工件的不同要求決定了變位機的負載能力及其運動方式。
為使機器人操作機能充分發揮效能,焊接機器人系統通常使用兩臺變位機。當在其中一臺變位機上進行焊接作業時,另一臺則完成工件的上裝和卸載,從而使整個系統獲得最 高的費用效能比。
4、機器人控制器
機器人控制器是整個機器人系統的神經中 樞,它由計算機硬件、軟件及一些專用電路組成。其軟件包括控制器系統軟件、機器人專用語言、機器人運動學及動力學軟件、機器人控制軟件、機器人自診斷及自保護軟件等?？刂破髫撠熖幚砗附訖C器人工作過程中的全部信息和控制其全部動作。所有現代機器人的控制器都是基于多處理器,根據操作系統的指令,工業控制計算機通過系統總線實現對不同組件的驅動及協調控制。
5、焊接系統
焊接系統是焊接機器人完成焊接作業的核心裝備。其主要由焊鉗(點焊機器人)或焊槍(弧焊機器人)、焊接電源及其控制器、水電氣等輔助部分組成。焊接控制器是由微處理器及部分外圍接口芯片組成的控制系統,它可以根據預定的焊接監控程序,完成焊接參數輸人、焊接程序控制及焊接系統故障自診斷,并實現與本地計算機及示教器的通信聯系。用于焊接機器人的焊接電源和送絲機必須由機器人控制器直接控制,或通過PLC協調控制,電源在其功率和接通時間上必須與自動過程相匹配。
6、焊接傳感器
在焊接過程中,盡管機器人操作機、變位機、裝卡設備和工具能達到很高的精度,但由于存在被焊工件幾何尺寸和位置誤差,以及焊接過程熱輸人引起的工件變形,傳感器仍是焊接過程中(尤其是焊接大厚工件時)不可缺少的設備。傳感器的任務是實現工件坡口的 定位、焊縫跟蹤以及焊縫熔透信息的獲取。工件坡口的定位主要是采用接觸傳感器; 焊縫的定位采用焊縫跟蹤傳感器,主要有電弧傳感式和激光視覺傳感式;焊縫熔透控制目前還處于科研階段,在實際應用時,可以采用相應傳感器對焊接電流、電弧電壓測量并監控。
7、中央控制計算機
中央控制計算機在工業機器人向系統化和網絡化的發展過程中發揮著重要的作用。通過串行接口或其他網絡通信接口(如CAN口)與機器人控制器相連接,中央控制計算機主要用于在同一層次或不同層次的計算機形成通信網絡,同時與傳感系統相配合,實現焊接路徑和參數的離線編程、焊接專家系統的應用及生產數據的管理。
8、示教器
示教器是一種手持式操作裝置,用于執行與操作機器人系統有關的許多任務,如手動移動機器人TCP點,編制、修改、運行機器人程序等。示教器可在惡劣的工業環境下持續運作,目前很多示教器采用觸摸屏進行操作,其觸摸屏應易于清潔,且防水、防油、防飛濺等。
示教器由硬件和軟件組成,其本身就是一臺計算機系統。ABB的示教器是控制柜的一個組成部分,通過集成電纜和連接器與控制器連接。
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