1、第二章 焊接機器人焊接機器人最早只在點焊中得到應用，80年初，隨著計算機技術、傳感器技術的發展，弧焊機器人逐漸得到普及，特別是近十幾年來由于世界范圍內經濟的高速發展，市場的激烈競爭使那些用于中、大批量生產的焊接自動化專機已不能適應小規模、多品種的生產模式逐漸被具有柔性的焊接機器人代替，焊接機器人得到了巨大的發展，焊接已成為工業機器人應用最大的領域之一，焊接機器人在汽車、摩托車、工程機械等領域都得到了廣泛的應用。目前世界擁有的80余萬臺工業機器人中，用于焊接的機器人可達40%以上。21適用于機器人的焊接方法 熔化極： l CO2氣體保護焊 l 熔化極活性氣體保護焊（MAG） l 熔化極惰性氣體保

2、護焊（MIG） 非熔化極： l鎢極惰性氣體保護焊 l等離子弧焊接與切割 l激光焊接與切割 釬焊火焰切割點焊在上面的焊接方法中，90%以上的機器人用于熔化極氣體保護焊和點焊，進年來隨著激光焊接與切割設備價格的降低，機器人在激光焊接與切割領域的應用數量在逐年增加。2.1 機器人焊接的特點優點A. 自動焊接(1) 焊槍不會振動，焊接速度不會改變，能得到均勻、漂亮的焊縫。(2) 操作人員能遠離噪音或高溫區進行行業。(3) 由于焊接條件是恒定的，所以能提高焊接質量。B. 焊接條件具有重復性(1) 不管什么時候，誰來作業或在什么地方都能焊接成相同的產品。(2) 在機器人上編制焊接工人所掌握的焊接條件之后，

3、即便是新手也能進行高質量的焊接。(3) 能重復使用曾經用過的焊接條件，(而在半自動焊接時,由于經常要調整遙控盒上的旋鈕，所以缺乏重復性)。C. 降低生產成本(1) 能縮短生產節拍，所以能提高產量。(2) 使用臨時工就能完成焊接作業，所以減少了人工費用。(3) 不浪費焊接材料，能節約消耗品。D. 使用機器人帶來的效益(1) 生產節拍明確，容易進行生產管理。(2) 能實現無人運行,機器人不會發牢騷。(3) 能提高企業的形象。32機器人焊接的特點 機器人是由計算機控制的、具有高度柔性的可編程自動化裝置，因此利用機器人焊接具有以下特點： （1）機器人能適應產品多樣化，有柔性，在一條生產線上可以混流生產

4、若干種類型產品。同時對于生產量的變動和型號的更改，能迅速的改進生產線的編組更替，這是專用的自動化生產線不能比擬的，能發揮投資的長期效果。 （2）使用機器人焊接，可提高產品質量。為了使焊接作業機器人化，需要改變裝配方法和加工工序，所以要提高諸如供給設備的零件、夾具、搬運工具等的精度，這些關系到產品的精度和焊接質量的提高，機器人化的結果，可得到穩定的高質量產品。 （3）使用機器人焊接可提高生產率。機器人的作業效率，不隨作業者變動，可以穩定生產計劃，從而提高生產率。212機器人焊接時的主要注意事項 A. 必須進行示教作業(注1)· 在機器人進行自動焊接前，操作人員必須示教機器人焊槍的軌跡和

5、設定焊接條件等。· 由于必須示教，所以機器人不面向多品種少量生產的產品焊接(注2)B. 必須確保工件的精度(注3)· 機器人沒有眼睛，只能重復相同的動作。· 機器人軌跡精度為±0.1mm，以此精度重復相同的動作。· 焊接偏差大于焊絲半徑時，有可能焊接不好，所以工件精度應保持在焊絲半徑之內。C. 焊接條件的設定取決于示教作業人員的技術水平· 操作人員進行示教時必須輸入焊接程序，焊槍姿態和角度，電流、電壓、速度等焊接條件。· 示教操作人員必須充分掌握焊接知識和焊接技巧。D. 必須充分注意安全· 機器人是一種高速的運動設

6、備，在其進行自動運行時絕對不允許人靠近機器人(必須設置安全護欄)。· 操作人員必須接受勞動安全方面的專門教育，否則不準操作。22焊接機器人的性能要求221弧焊機器人的性能要求在弧焊作業中，要求焊槍跟蹤工件焊道運動，并不斷填充金屬形成焊縫，因此運動過程中速度的穩定性和軌道精度是兩項重要的指標。一般情況下，焊接速度可取550mm/s，軌道精度可取±0·20·5mm。由于焊槍的姿態對焊縫質量也有一定的影響，因此希望在根蹤焊道的同時，焊槍姿態的可調范圍盡量大，還有其它一些性能要求，如擺動功能、焊接傳感器（起始點檢測、焊縫跟蹤）的接口功能、焊槍防碰功能等。1 焊接

7、規范的設定。起弧、收弧參數。2 擺動功能。擺動頻率、擺幅、擺動類型的設定。3 焊接傳感器。起始點檢測、焊縫跟蹤傳感器的接口功能。4 焊槍防碰功能。當焊槍受到不正常的阻力時，機器人停機，避免操作者和工具受到損壞。5 多層焊功能。應用該功能可以在第一層焊接示教完成后，實現其余各層的自動編程。6 再引弧功能。引弧失敗后，自動重試。因此消除了焊接異常（引弧失敗）發生時引起的作業中斷，最大限度避免了因此而引起的全線停車。7 焊槍校正功能。焊槍與工件發生碰撞時，可通過簡單操作進行校正。8 粘絲自動解除功能。焊接終了時如果檢測出焊絲粘絲，則自動再通電解除粘絲，因此不必手工剪斷焊絲。9 斷弧再啟動功能。出現斷

8、弧時，機器人會按照指定的搭接量返回重新引弧焊接。因此無須補焊作業。222點焊機器人的性能要求對于點焊機器人運動速度是一個重要指標，要求能夠快速完成小節距的多點定位（例如每秒移動30-50mm節距后定位）;為確保焊接質量，定位精度要求較高（一般為±0·25mm）;并具有較大的持重（50100Kg），以便攜帶內裝變壓器的焊鉗。23機器人選擇方法1機器人的結構類型的確定機器人類型的選擇主要取決于機器人的目標作業類型，如汽車底盤的點焊用四自由度的點焊機器人就夠了，復雜工件的焊接一般需要六自由度機器人。2手腕的容許載荷選擇機器人時首先要考慮機器人的最大承載能力，如對于OTC公司生產的

9、DR-4000機器人其最大承載能力為6公斤，如下圖表示。當安裝標準焊槍時不會產生任何問題，但當用于搬運或其它類似的目的時，還應保證各腕部軸所承受的扭矩和轉動慣量滿足手冊中規定的要求。3動作范圍的確定機器人的種類確定后，還要檢查其動作范圍是否滿足作業的要求。機器人的動作范圍一般指腕部軸的回轉中心（P點）的動作范圍。如圖所示DR-4000機器人的動作范圍。在實際作業時由于裝有焊接工具，其作業范圍將發生變化，因而需要進一步對其作業范圍進行確認。使用焊接機器人應注意的幾個問題24如何導入焊接機器人焊接機器人的應用技術是機器人技術、焊接技術和系統工程技術的融合。國內在引用焊接機器人應用工程方面走過了一段

10、曲折的道路，機器人的運行情況不盡人意，分析其原因主要存在以下問題：1機器人及周邊設備選型不合理，系統配置不全或不當。2對國內人員的培訓沒有跟上，沒有完全掌握設備的性能和使用方法。3缺乏足夠的售前、售中技術支持和良好的售后服務。4機器人操作、維護人員不能相對固定或人員流失。5國外系統不適合國內工藝現狀。1明確導入機器人的目的： 1技術工人和熟練工人不足 2使工人從危險作業環境中解脫出來（高溫、搬送重物等） 3提高和穩定產品質量 4提高勞動生產率（省人、省力） 5其他（生產管理的要求，提高企業形象等）。 機器人導入目的的不同，機器人的選擇、機器人化的實現范圍以及經濟的評價（投資額）亦不同。 選擇焊

11、接工件： 1機器人適于的工件：多品種、中等批量。 2高質量的工件，工件的一致性誤差控制在一定范圍，因此首先應從技術上易于實現的對象進行，然后分步逐步解決。 確定方案 項目承攬方在對用戶原有生產線充分考察的基礎上，根據用戶提出的要求及工件的特點，提出初步方案（一般兩、三種），并與用戶充分討論，確定最終方案。 討論的內容包括： 1工件的分析，包括：材料、結構、圖紙、實物、技術要求分析。 2前道工序的質量確認及分析 3工藝條件及工藝參數初步分析 4工藝路線劃分確定 5焊接節拍和生產節拍分析 6機器人選型和系統配置 7周邊設備及夾具方案確定 8設備布局與物流 9經濟評估 10方案評價（是否符合綜合性的

12、省力、自動化的方向，是否符合規格化、標準化的方針，是否適應產品更新換代的要求，安全性可維護性等） 工程設計 項目承攬方對確定的方案進行進一步的設計，包括系統的配置選型，周邊裝置、夾具設計，控制系統的設計，焊接工藝的制定等，在該過程中雙方互相勾通，發現問題及時解決。工程實施機器人、周邊設備及其配套設施的安裝、調試運行，以及組織管理和人員培訓。 后期維護是致關重要的一個環節，也是用戶最關心的，如果后期維護跟不上，將影響整個生產線的運行。目前國內機器人工程使用效果不好，這也是一個主要原因。主要在于：1國外直接供貨的設備服務跟不上，不論是售后服務的及時性，服務的質量，解決問題的徹底性都比較差。2國內代

13、理的短期行為，只管自己掙錢，不考慮用戶使用的好壞。3培訓人員由于語言的障礙，技術難度的障礙，沒有真正掌握設備的特性。4培訓人員的流失或責任心不強。沈陽自動化研究所做為機器人技術國家研究中心，做為日本OTC公司、安川電機和德國reis公司的技術服務中心，在承擔機器人應用工程時，采取如下措施：1建立專門的生產服務負責人，負責到底，直到用戶滿意。2國外進口設備建立備品、備件庫以保證系統維護的及時性。3國內任何地區承諾48小時到現場。4用戶人員無限期培訓，直到會用為止。5實行有效期保修服務6長期服務 在質量第一，用戶至上，精心設計制造，保持一流水平的我所質量方針的指導下，沈陽自動化研究所機器人工程部將

14、竭誠為廣大用戶服務，與廣大用戶一起推動我國機器人技術產業化進程。各種焊接機器人的系統構成及周邊裝置焊接機器人的周邊裝置主要包括焊接變位機、移動滑臺、回轉工作臺、焊槍清理裝置等。 m焊接變位機 焊接變位機是通過傾斜和回轉動作，將工件置于便于實施焊接作業位置的機械或機器。焊接變位機與機器人連用可縮短輔助時間，提高勞動生產率，改善焊接質量。焊接變位機在機器人焊接作業中是不可缺少的周邊設備，根據實際生產的需要焊接變位機可以有多種形式。從驅動方式來看，有普通直流電機驅動、普通交流電機驅動及可以與機器人同步協調運動的交流伺服驅動。 m移動滑臺 移動滑臺也是焊接機器人的一個重要的周邊裝置，其主要用途是安置機

15、器人或焊絲支架，特別是在焊接大型工件時，移動滑臺加大了機器人的工作范圍，移動滑臺的形式主要有以下幾種。 m焊槍清理裝置焊槍清理裝置主要包括剪絲、沾油、清渣以及噴嘴外表面的打磨裝置。剪絲裝置主要用于用焊絲進行起始點檢出的場合，以保證焊絲的干伸長度一定，提高檢出的精度；沾油是為了使噴嘴表面的飛濺易于清理；清渣是清除噴嘴內表面的飛濺，以保證保護氣體的通暢；噴嘴外表面的打磨裝置主要是清除外表面的飛濺。m自動換槍裝置用于不同填充材料的自動焊接。34焊接機器人的主要性能指標 焊接機器人的主要性能指標以日本安川電機公司生產的Motoman-L10為例表示如下： 名稱與型號 Motoman-L10 主要用途

16、弧焊 類別 示教再現型 坐標型式 多關節式 自由度數 5個 抓重 最大10（包括夾鉗） 動作范圍與速度 運動參數列表如下：表3-1 Motoman-L10運動參數運動自由度動作范圍速度整機擺動240°90°/s上臂俯仰+20°-40°1100mm/s上臂前后±40°800mm/s手腕彎曲180°100°/s手腕旋轉360°150°/s 定位方式 選用增量編碼器作為位置檢測元件 控制方式 重復式數字位置控制方式，可精確控制運動軌跡 重復定位精度 ±0.2mm; 驅動方式 電伺服 采用交流

17、測速發電機作為伺服電動機的速度檢測元件，實現速度反饋，并引進力矩反饋； 驅動源 DC伺服電動機 程序控制和存儲方式 采用8位微處理Intel8080用半導體存儲器作為主存（盒式磁帶補充主存容量之不足）程序步數：1000步指令條數：600條 輪廓尺寸 如圖所示圖3-3 Motoman-L10外形尺寸與動作范圍 重量 本體400 控制部分350 外部同步信號 輸入22點 輸出21點 電源 AC220/220V（+10%，-15%），50/60HZ±1HZ， 三相5KVA2.4焊接機器人的系統構成機器人要完成作業，必須依賴于控制系統與輔助設備的支持和配合。完整的焊接機器人系統一般有如下幾部

18、分組成：機器人操作機、變位機、控制器、焊接系統（專用焊接電源、焊槍和焊鉗等）、焊接傳感器、中央控制計算機和相應的安全設備等，如圖所示。根據用途，將工業機器人配置不同的焊接系統，將組成不同的焊接機器人系統，各種不同的焊接機器人系統的主要設備構成如下表所示。（1） 弧焊機器人 由于弧焊工藝早已在諸多行業中得到普及，弧焊機器人在通用機械、金屬結構等許多行業中得到廣泛運用。弧焊機器人是包括電弧焊附屬裝置在內的柔性焊接系統，而性能有特殊的要求。在弧焊作業中，焊槍應跟蹤工件的焊道運動，并不斷填充金屬形成焊縫。因此運動過程中的速度穩定性和軌跡精度是兩項重要指標。一般情況下，焊接速度約為550/s，軌跡精度約

19、為±（0.20.5）。由于焊槍的姿態對焊縫質量有一定的影響，因此希望在跟蹤焊道的同時，焊槍姿態的可調范圍盡量大，其一些基本性能要求如下所示： 設定焊接條件（電流、電壓、速度等）； 擺動功能； 坡口填充功能； 焊接異常功能檢測； 焊接傳感器（起始點檢測、焊道跟蹤）的接口功能。（2）點焊機器人 汽車工業是點焊機器人系統一個典型的應用領域，在裝配每臺汽車車體時，大約60%的焊點是由機器人完成。最初，點焊機器人只用于增強焊作業（往已拼接好的工件上增加焊點），后來為了保證拼接精度，又讓機器人完成定位焊作業性能，具體來說有： 安裝面積小，工作空間大； 快速完成小節距的多點定位（例如每0.30.4

20、s移動 3050節距后定位）； 定位精度高（±0.25），以確保焊接質量； 持重大（50100），以便攜帶內裝變壓器的焊鉗； 內存容量大，示教簡單，節省工時； 點焊速度已生產線相匹配，同時按全可靠性好。 33焊接機器人的系統構成圖2-1焊接機器人系統原理圖 機器人操作機時焊接機器人系統的執行機構，它由驅動器、傳動機構、機器人臂、關節以及內部傳感器（編碼盤）等組成。它的任務是精確的保證末端操作器所要求的位置、姿態和實現其運動。根據定義，工業機器人操作機從結構上應具有三個以上的可自由編程的運動關節，可見其分為主要關節和次要關節兩個層次，不同數目和層次關節組合決定了相應的機器人工作空間。由

21、于具有六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做大的工作空間，并且能以較高的位置精度和最優的路徑達到指定位置，因而這種類型的機器人操作機在焊接領域得到廣泛地運用。 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。為了使機器人操作機充分發揮效能，焊接機器人系統通常采用兩臺變位機，當其中的一臺上進行焊接作業時，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。機器人控制

22、器是整個機器人系統的神經中樞，它由計算機軟件、硬件和一些專用電路構成，其軟件包括控制器系統軟件、機器人運動學軟件、機器人控制軟件、機器人自診斷及自保護軟件等。控制器負責處理焊接機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。典型的焊接機器人控制系統結構如圖所示。焊接系統是焊接機器人完成作業的核心裝備，其主要由焊鉗（點焊機器人）、焊槍（弧焊機器人）、焊接控制器及水、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，它可根據預定的焊接監控程序，完成焊接參數輸

23、入、焊接程序控制及焊接系統的故障自診斷，并實現與本地計算機及手控盒的通訊聯系。用于弧焊機器人的焊接電源及送絲設備由于參數選擇的需要，必須由機器人控制器直接控制，電源在其功率和接通時間上必須與自動過程相符。圖3-2焊接機器人控制器系統結構原理圖在焊接過程中，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，以及焊接過程中熱輸入能引起工件的變形，傳感器仍使焊接過程中（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、跟蹤以及焊縫熔透信息的獲取。中央控制計算機在工業機器人向系統化、PC化和網絡化的發展過程中發揮著重要的作用。通過串行

24、接口與機器人控制器相連接，中央控制計算機主要用于在統一層次和不同層次的計算機形成網絡，同時以傳感系統相配合，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。安全設備是焊接機器人系統安全運行的重要保障，其主要包括驅動系統過熱自斷電保護、動作超限位自斷電保護、超速自斷電保護、機器人系統工作空間干涉自斷電保護及人工急停斷電保護等等，他們起到防止機器人傷人或周邊設備的作用。在機器人的工作部還裝有各類觸覺和接近傳感器，可以使機器人在過分接近工件或發生碰撞時停止工作。 第三章 焊接機器人的示教編程機器人是怎樣運動的？焊接機器人是如何工作的？操作機器人進行焊接需要掌握哪些焊接知識呢？通過本

25、章的學習，你基本上可以使用機器人來進行焊接了。 用機器人代替人進行作業時，必須預先對機器人發出指令，規定機器人應該完成的動作和作業的具體內容，這個指示過程稱之為對機器人的示教（teaching），或者稱之為對機器人的編程（programming）。對機器人的示教內容通常存儲在機器人的控制裝置內，通過存儲內容的再現（playback），機器人就能實現人們所要求的動作和要求人們賦予的作業內容。機器人的示教方式有多種形式，但目前使用最多的仍然是示教再現方式。雖然示教再現方式機器人有占用機時、效率低等諸多缺點，人們試圖在傳感器的基礎上使機器人智能化，目的是取消示教，但在復雜的生產現場和作業可靠性等方面

26、到處碰壁，難以實現，因此目前人們仍然脫離不了示教再現方式的狀態。 示教內容主要由兩部分組成，一是機器人運動軌跡的示教，二是機器人作業條件的示教。機器人運動軌跡的示教主要是對為了完成某一作業，焊絲端部所要運動的軌跡，包括運動類型和運動速度的示教。機器人作業條件的示教主要是為了獲得好的焊接質量，對焊接條件進行示教，包括被焊金屬的材質、板厚、對應焊縫形狀的焊槍姿勢、焊接參數、焊接電源的控制方法等。 目前機器人語言還不是通用型語言，各機器人生產廠都有自己的機器人語言，給用戶使用帶來了很大的不便，但各種機器人所具有的功能卻基本相同，因此只要熟悉和掌握了一種機器人的示教方法，對于其它種類的機器人就會很容易

27、學會。3.1機器人的運動軸及坐標系 機器人是由運動軸和連桿組成的，而其運動方式是在不同的坐標系下進行的，為了掌握機器人的示教方法，應首先了解機器人的坐標系及各運動軸在不同坐標系下的運動。3.1.1機器人各軸的名稱機器人系統中，除了機器人本身外還包括一些周邊設備，如變位機、移動滑臺等。將運動軸按其功能劃分為：機器人本體軸、基座軸和工作臺軸。基座軸和工作臺軸統稱為外部軸，如圖2.11所示。機器人本體軸屬于機器人本身，基座軸是使機器人移動的軸的總稱，主要為移動滑臺。工作臺軸是除機器人軸、基座軸以外的軸的總稱，如變位機、翻轉機等。圖2.11 機器人各軸的名稱3.1.2坐標系分類及各軸的運動 在大部分商

28、用機器人系統中，坐標系一般分五類：關節坐標系、絕對坐標系（直角坐標系）、工具坐標系、圓柱坐標系和用戶坐標系。機器人的運動是根據不同的作業軌跡的要求，在這五種坐標系下的運動。3.1.2.1關節坐標系機器人是有多個運動關節組成的，在關節坐標系下的運動，就是機器人各個關節的獨立運動, 如圖2.12所示。對大范圍運動，且不要求機器人末端姿態的，則選擇關節坐標系。對外部軸來說，只有關節坐標系可選。在關節坐標系下，每個軸單獨運動，關節運動方式如下：軸每位對應鍵運動方式主運動軸S軸X+ 1 X-S軸左右轉動L軸Y+ 2 Y-L軸前后轉動U軸Z+ 3 Z-U上下轉動腕運動軸R軸RX+ 4 RX-R軸左右轉動B

29、軸RY+ 5 RY-B軸前后轉動T軸RZ+ 6 RZ-T軸上下轉動圖2.12 關節坐標系下各個軸的運動3.1.2.3絕對坐標系絕對坐標系的原點定義為機器人的安裝面和第一轉動軸的交點。X軸向前，Z軸向上，Y軸按右手規則定義。在絕對坐標系（直角坐標系）中，機器人的運動指機器人末端點的運動，在未裝工具時，機器人的末端點指六軸法蘭盤的中心點，在安裝工具后，機器人的末端點指的是焊鉗開口的中心點或焊槍的槍尖。在絕對坐標系下，機器人末端軌跡沿定義的X、Y、Z方向運動，其運動方式如圖2.13所示。軸每位對應鍵運動方式主運動軸S軸X+ 1 X-沿X軸方向運動L軸Y+ 2 Y-沿Y軸方向運動U軸Z+ 3 Z-沿Z

30、軸方向運動腕運動軸R軸RX+ 4 RX-末端點位置不變，姿態分別繞X、Y、Z軸轉動B軸RY+ 5 RY-T軸RZ+ 6 RZ-圖2.13 絕對坐標系及各軸的運動3.1.2.3圓柱坐標系圓柱坐標系的原點與絕對坐標系的相同，Z軸向上，é軸方向為本體S軸轉動方向，r軸平行于本體L軸, 如圖2.14所示。軸每位對應鍵運動方式主運動軸é軸X+ 1 X-繞S軸轉動r軸Y+ 2 Y-垂直Z軸運動U軸Z+ 3 Z-沿Z軸方向運動腕運動軸R軸RX+ 4 RX-末端點位置不變，姿態分別繞X、Y、Z軸轉動B軸RY+ 5 RY-T軸RZ+ 6 RZ-圖2.14 圓柱坐標系及各軸的運動3.1.2.4

31、工具坐標系工具坐標系定義在工具尖，并且假定工具的有效方向為Z軸，X軸垂直于工具平面，Y軸由右手規則產生，如圖2.15所示。在工具坐標系中，機器人末端軌跡沿工具坐標的X、Y、Z軸方向運動，機器人的運動方式如下：軸每位對應鍵運動方式主運動軸六軸聯動沿X軸方向運動沿Y軸方向運動沿Z軸方向運動腕運動軸末端點位置不變，姿態分別繞X、Y、Z軸轉動圖2.15 工具坐標系及各軸的運動3.1.2.5用戶坐標系用戶坐標系是用戶根據工作方便的需要，自行定義的坐標系，用戶可根據需要定義多個坐標系, 如圖2.16所示。在用戶坐標系下，機器人末端軌跡沿用戶自己定義的坐標軸方向運動，其運動方式如下：軸每位對應鍵運動方式主運

32、動軸六軸聯動沿用戶定義的X軸方向運動沿用戶定義的Y軸方向運動沿用戶定義的Z軸方向運動腕運動軸末端點位置不變，姿態分別繞X、Y、Z軸轉動圖2.16 用戶坐標系及各軸的運動3.1.2.6TCP（工具控制點）固定功能除了關節坐標系外，在其它坐標系下都有TCP固定功能，即在工具控制點位置保持不變的情況下，只改變工具的方向（姿態）如圖2.17所示。在TCP固定功能下各軸的運動如下:軸每位對應鍵運動方式主運動軸X+ 1 X-TCP平移運動方向取決于坐標系Y+ 2 Y-Z+ 3 Z-腕運動軸RX+ 4 RX-末端點位置不變，姿態分別繞X、Y、Z軸轉動RY+ 5 RY-RZ+ 6 RZ-在不同坐標系下腕運動軸

33、的轉動方向是不同的。圖2.18、2.19、2.20分別為直角/圓柱坐標系、工具坐標系和用戶坐標系下的X、Y、Z軸的方向。圖2.17 TCP固定功能示意圖圖2.18 笛卡兒/圓柱坐標系下的X、Y、Z軸圖2.19 工具坐標系下的X、Y、Z軸圖2.20 用戶坐標系下的X、Y、Z軸3.1.3機器人的運動類型和速度運動類型決定機器人再現時各步之間的運動路徑，再現速度是機器人末端點的運動速率，通常每一步的位置數據、運動類型和速度記錄在一起。3.1.3.1點位運動類型點位運動類型通常用于機器人向下一步運動不需要特定路徑的場合。為了安全，示教第一步一般用點位運動類型。點位運動類型的速度用最大速度的百分比來表示

34、。3.1.3.2直線運動類型示教直線運動類型時，機器人沿直線運動到該示教點。直線運動類型一般用于作業路徑的示教，或為防止與周邊設備的干涉，在周邊設備內部也采用祖先運動類型。直線運動類型的速度一般表示為cm/min或mm/sec。3.1.3.3圓弧運動類型單個圓弧運動類型的示教一般需要三點，如圖2.21所示的P1、P2、P3點。當需要連續多個圓弧運動時，兩段圓弧運動必須由一個關節或直線運動點隔開，且第一段圓弧的終點和第二段圓弧的起點重合，如圖2.22所示的P4點既為重合點。圖2.21 單個圓弧運動的示教圖2.22 連續多個圓弧運動的示教3.6焊接機器人的示教與編程 用機器人代替人進行作業時，必須

35、預先對機器人發出指令，規定機器人應該完成的動作和作業的具體內容，這個指示過程稱之為對機器人的示教（teaching），或者稱之為對機器人的編程（programming）。對機器人的示教內容通常存儲在機器人的控制裝置內，通過存儲內容的再現（playback），機器人就能實現人們所要求的動作和要求人們賦予的作業內容。對機器人進行示教分直接示教和間接示教兩種主要方法，圖2.23對各種示教方法進行了歸納，圖2.24為各種示教方法的形象示意圖。圖2.23 工業機器人的示教方法圖2.24 機器人示教方法的形象示意圖 由于示教再現方式機器人有占用機時、效率低等諸多缺點，人們試圖在傳感器的基礎上使機器人智能化

36、，目的是取消示教，但在復雜的生產現場和作業可靠性等方面到處碰壁，難以實現，因此目前人們仍然脫離不了示教再現方式的狀態。目前機器人語言還不是通用型語言，各機器人生產廠都有自己的機器人語言，給用戶使用帶來了很大的不便，但各種機器人所具有的功能卻基本相同，因此只要熟悉和掌握了一種機器人的示教方法，對于其它種類的機器人就會很容易學會。下面以日本DAIHEN公司生產的OTC機器人為例，來說明焊接機器人的示教過程。示教內容圖2.25表示機器人控制器和用于示教的示教盒。示教盒由液晶屏幕和進行各種操作、輸入條件等按鈕組成。圖2.25機器人的控制器及示教盒示教內容主要由兩部分組成，一是機器人運動軌跡的示教，二是

37、機器人作業條件的示教。機器人運動軌跡的示教主要是對為了完成某一作業，焊絲端部所要運動的軌跡，包括運動類型和運動速度的示教。機器人作業條件的示教主要是為了獲得好的焊接質量，對焊接條件進行示教，包括被焊金屬的材質、板厚、對應焊縫形狀的焊槍姿勢、焊接參數、焊接電源的控制方法等。圖2.26表示機器人的語言，在示教方式中，利用軸操作按鈕實際地引導機器人，進行位置的登錄工作，輸入機器人的位置信息、焊接條件等，利用機器人語言編制程序。圖2.26 機器人語言示教舉例下面以一個簡單的例子來描述一下弧焊作業的基本示教過程。圖2.27 焊接操作舉例如圖2.27所示，焊接從位置3開始到位置4為直線焊縫，位置4到位置5

38、再到位置6為圓弧焊縫，位置6焊接結束。示教過程如下：（1）輸入文件名（2）操作機器人到位置1，示教定位指令“P”和運動速度。（3）操作機器人到位置2，示教定位指令（或關節運動指令）“P”和運動速度。（4）操作機器人到位置3，示教定位指令（或關節運動指令）“P”和運動速度，輸入焊接開始指令“AS”。焊接條件包括焊接電流、焊接電壓和焊接速度。（5）操作機器人到位置4，由于直線插補指令已經自動選擇，只要用數字按鈕選擇塊操作時的速度即可。（6）操作機器人到位置5，這個位置是圓弧的中間點，示教圓弧插補指令“C”和運動速度。（7）操作機器人到位置6，這個位置是圓弧的結束點，示教圓弧插補指令“C”和運動速度

39、，輸入焊接結束指令“AE”。焊接結束條件包括焊接電流、電壓、填弧坑時間和滯后停氣時間。（8）操作機器人到位置7，示教定位指令（或關節運動指令）“P”和運動速度。（9）操作機器人到位置8，示教定位指令（或關節運動指令）“P”和運動速度。（10）示教結束。按RESET鍵。機器人示教存在的問題為了使機器人實際完成作業，除了在一定程度上了解作業技術外，還必須熟練掌握機器人。2.6.3.1動作示教中存在的問題在示教方式中用示教盒操作機器人，把焊槍引導到所希望的位置上去，但存在以下各點使示教操作比較困難。 1.必須經常考慮坐標系進行示教，有時需要切換多個坐標系，這就難以操縱焊槍向既定的方向移動。 2.為了

40、調整機器人靠近工件的接近程度，必須切換不同的動作速度。 3.機器人的動作范圍是有限制的，為了防止碰撞工件，需要一定的操作技巧。 4.機器人軸的運動方向與坐標系是一一對應的，同時操縱兩根軸的運動方向是很困難的。總之不是隨意就能對機器人進行示教的，這就降低了示教效率，總擔心會碰到工件，使人操作起來感到緊張。此外，不同的生產工廠其操作鍵的配置也是不同的，給示教者容易帶來混亂。.2條件示教的問題點示教者必須具有一定水平的焊接作業技巧，同時還要掌握用機器人進行焊接的特點。例如必須掌握適用于工件的焊接速度、焊接電流、焊接電壓及焊槍姿態等，還能從焊接結果反過來進行條件的修訂。這些用機器人進行焊接的技巧是焊接

41、技術人員經過長期的實踐積累下來的，如何對這些技術進行繼承和共同使用是一個難題。.3其他的問題點示教盒的問題在于鍵操作是個復雜的過程，很難一下子抓住操作系統的整體情況，摸索輸入情況和畫面顯示內容需要一定時間，有時僅僅是輸入數據這一項就需要操作復雜的按鈕。此外，不熟悉計算機語言的人就不容易掌握使用字符的機器人語言，從而對其敬而遠之。機器人程序中列舉的動作命令過多，即使熟練的技術人員也很難一下子看懂其動作內容。為此，在進行示教作業時必須頻繁地確認作業，從而降低了作業人效率。2.7焊接機器人的協調（同步）及獨立（同時）控制2.7.1協調（同步）及獨立（同時）控制的定義協調（同步）動作控制的英文為Coo

42、rdinated Control System或Synchromotion System，是指一個控制裝置和一個控制操作板可以同時控制多個裝置（機器人移動滑臺、焊接變位機或焊接機器人等），以保證焊接過程中焊槍相對焊縫的速度和角度保持不變。獨立（同時）控制的英文為Independent Control System或Simultaneous Control System，獨立控制功能是針對協調控制而言的，是指兩臺或多臺機器人或工作站之間不相約束，各行其事的功能。在實際控制過程中，獨立控制與協調控制是融為一體的，可任意選擇。如圖2.28所示，系統由一臺機器人和變位機A和B組成，當機器人焊接變位機A

43、上的工件時，機器人與變位機之間采用協調控制方式，變位機B則采用獨立控制。如圖2.29所示的雙機器人組成的無夾具焊接系統，當焊接時采用協調控制方式，當焊后進行焊槍清理及工件裝夾時則采用獨立控制方式。圖2.28 多工作站協調/獨立控制系統圖2.29 雙機器人無夾具焊接系統2.7.2協調（同步）及獨立（同時）控制的形式1.單工作站協調控制系統由一臺機器人控制器控制一臺機器人和一個轉胎，如圖2.30所示。圖2.30 單工作站協調控制系統圖2.31 雙機器人工作站協調焊接系統2.多工作站協調獨立控制系統”由一臺機器人和兩個以上的轉胎組成，如圖2.28所示。3.無夾具焊接系統有一臺機器人控制器控制兩臺機器

44、人，其中一臺機器人作為夾具來使用，如圖2.29所示。5. 雙機器人工作站協調焊接系統由一臺機器人控制器控制兩臺機器人和一個轉胎，如圖2.31所示。2.7.3協調控制的優點一、提高焊接質量1. 協調動作控制能適應焊接工件和焊接電極之間的協調配合運動，使焊槍與焊接表面之間的相對位置角和相對速度保持不變，且能使焊縫處于最佳的焊接位置，特別適于三維曲線焊縫的焊接。如圖2.32所示的管子相貫線的焊接，采用協調控制可使焊縫處于最佳的平焊位置。圖2.32 采用協調控制焊接管子相貫線圖2.33 長方形管子外表面焊縫的焊接2. 使轉角處焊道不間斷地連續焊接, 如圖2.33所示的長方形管子的外表面焊縫的焊接。二、

45、 提高生產率1. 協調動作控制可以使工件在焊接過程中位置和姿態連續變動，節省了普通焊接系統工件位置和姿態再定位的時間，縮短了示教時間，如圖2.32所示的管子相貫線的焊接，采用通常的焊接系統需要示教100點，而采用協調控制只需要20點。2. 同時雙面焊接時可節省工件翻轉時間，縮短了焊接工作周期3. 在“無夾具焊接系統”中，焊接工件定位、夾持及工件的搬運均由機器人完成，縮短了循環時間4. 與傳統機器人相比可提高生產效率3040%三、 縮減機器人系統的投資1.雙面焊接時不需要翻轉設備2.由于工件夾具所需的投資要比通用機器人高得多，因此“無夾具焊接系統”可縮減 成本3. 與傳統機器人相比可減少投資10

46、20%2.7.4協調及獨立控制系統的示教機器人的協調及獨立控制的示教對于不同種類機器人來說是不同的，但示教過程卻基本相同。下面以日本DAIHEN公司生產的OTC機器人為例，來說明協調及獨立控制的示教過程。圖2.34 協調運動控制系統的配置舉例2.7.4.1機械裝置機器人的協調及獨立控制系統一般包括兩個或兩個以上的機械裝置，因此在手動操作以前應根據任務的要求選擇相應的機械裝置。OTC機器人定義了以下四種機械裝置（如圖2.34所示）：機械裝置1：指安裝有工具（焊槍、砂輪等）的操作機（工具側操作機tool-side manipulator）機械裝置2：指安裝有移動工件裝置的操作機（工件側操作機wor

47、kpiece-side manipulator）, 在無夾具焊接系統中包含機械裝置2機械裝置3：指移動工具側操作機的移動滑臺機械裝置4：指移動工件側操作機的移動滑臺或裝夾工件的變位機（工件側變位機workpiece-side positioner）機械裝置的選擇通過按鈕來切換。2.7.4.2坐標系 操作機可在下列坐標系中進行手動操作： 關節坐標系 基座坐標系 笛卡兒坐標系 工具坐標系 工件坐標系 絕對坐標系與單操作機系統不同，協調控制系統支持絕對坐標系系統。此外，在工件坐標系下的運動與在基座坐標系下的運動是有區別的。需要注意的是移動滑臺和變位機只在關節坐標系下運動。1.工件坐標系工件坐標系是一個直角坐標系，其原點和坐標軸的方向固定在工件側，如圖2.35所示。當工件移動時原點及坐標軸方向的改變與工具坐標系下類似，如圖2.36所示。當工件側機械裝置不運動時，在工件坐標系下腕部軸的運動與基座坐標系下相同。即使工件側機械裝置方位發生了改變，只是改變了原點和坐標軸的方向，腕部軸的運動將參考新的原點和坐標軸方向。2. 絕對坐標系絕對坐標系固定在地基上，與機械裝置的方位無關，如圖2.37所示。與工具坐標系和工件坐標系不同的是坐標原點和坐標軸的方向不隨機械裝置的方位而改變。圖2.35 工件坐標系圖2.36