焊接机器人的系统构成

   焊接机器人系统原理图

    机器人操作机时焊接机器人系统的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节以及内部传感器（编码盘）等组成。它的任务是精确的保证末端操作器所要求的位置、姿态和实现其运动。根据定义，工业机器人操作机从结构上应具有三个以上的可自由编程的运动关节，可见其分为主要关节和次要关节两个层次，不同数目和层次关节组合决定了相应的机器人工作空间。由于具有六个旋转关节的铰接开链式机器人操作机从运动学上已被证明能以最小的结构尺寸为代价获取做大的工作空间，并且能以较高的位置精度和最优的路径达到指定位置，因而这种类型的机器人操作机在焊接领域得到广泛地运用。

    变位机作为机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部分，其作用是将被焊工件旋转（平移）到最佳的焊接位置。在焊接作业前和焊接过程中，变位机通过夹具来装卡和定位被焊工件，对工件的不同要求决定了变位机的负载能力及其运动方式。为了使机器人操作机充分发挥效能，焊接机器人系统通常采用两台变位机，当其中的一台上进行焊接作业时，另一台则完成工件的上装和卸载，从而使整个系统获得最高的费用效能比。

    机器人控制器是整个机器人系统的神经中枢，它由计算机软件、硬件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人运动学软件、机器人控制软件、机器人自诊断及自保护软件等。控制器负责处理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。所有现代机器人的控制器都是基于多处理器，根据操作系统的指令，工业控制计算机通过系统总线实现对不同组件的驱动及协调控制。典型的焊接机器人控制系统结构。

    焊接系统是焊接机器人完成作业的核心装备，其主要由焊钳（点焊机器人）、焊枪（弧焊机器人）、焊接控制器及水、电、气等辅助部分组成。焊接控制器是由微处理器及部分外围接口芯片组成的控制系统，它可根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输入、焊接程序控制及焊接系统的故障自诊断，并实现与本地计算机及手控盒的通讯联系。用于弧焊机器人的焊接电源及送丝设备由于参数选择的需要，必须由机器人控制器直接控制，电源在其功率和接通时间上必须与自动过程相符。

    焊接机器人控制器系统结构原理图

    在焊接过程中，尽管机器人操作机、变位机、装卡设备和工具能达到很高的精度，但由于存在被焊工件几何尺寸和位置误差，以及焊接过程中热输入能引起工件的变形，传感器仍使焊接过程中（尤其是焊接大厚工件时）不可缺少的设备。传感器的任务是实现工件坡口的定位、跟踪以及焊缝熔透信息的获取。

    中央控制计算机在工业机器人向系统化、PC化和网络化的发展过程中发挥着重要的作用。通过串行接口与机器人控制器相连接，中央控制计算机主要用于在统一层次和不同层次的计算机形成网络，同时以传感系统相配合，实现焊接路径和参数的离线编程、焊接专家系统的应用及生产数据的管理。

    安全设备是焊接机器人系统安全运行的重要保障，其主要包括驱动系统过热自断电保护、动作超限位自断电保护、超速自断电保护、机器人系统工作空间干涉自断电保护及人工急停断电保护等等，他们起到防止机器人伤人或周边设备的作用。在机器人的工作部还装有各类触觉和接近传感器，可以使机器人在过分接近工件或发生碰撞时停止工作。