焊接機器人簡介
隨著電子技術、計算機技術、數控及機器人技術的發展，自動弧焊機器人工作站,從60年代開始用於生產以來，其技術已日益成熟，主要有以下優點：
車身車間焊接機器人2）提高勞動生產率；
3）改善工人勞動強度，可在有害環境下工作；
4）降低了對工人操作技術的要求；
5）縮短了產品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資。
因此，在各行各業已得到了廣泛的套用。
組成
焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制櫃（硬體及軟體）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對於智慧型機器人還應有感測系統，如雷射或攝像感測器及其控制裝置等。圖1a、b表示弧焊機器人和點焊機器人的基本組成。
主要結構形式及性能
汽車托盤轉角焊接機器人上述兩種機器人各個軸都是作迴轉運動，故採用伺取電機通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅動。在80年代中期以前，對於電驅動的機器人都是用直流伺服電機，而80年代後期以來，各國先後改用交流伺服電機。由於交流電機沒有碳刷，動特性好，使新型機器人不僅事故率低，而且免維修時間大為增長，加（減）速度也快。一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點（TCP）的最高運動速度可達3m/s以上，定位準確，振動小。同時，機器人的控制櫃也改用32位的微機和新的算法，使之具有自行最佳化路徑的功能，運行軌跡更加貼近示教的軌跡，如圖3所示。
點焊機器人的特點
（1）點焊機器人 的基本功能點焊對所用的機器人的要求是不很高的。因為點焊只需點位控制，至於焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴格要求。這也是機器人最早只能用於點焊的原因。點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力，而且在點與點之間移位時速度要快捷，動作要平穩，定位要準確，以減少移位的時間，提高工作效率。點焊機器人需要有多大的負載能力，取決於所用的焊鉗形式。對於用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負載的機器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由於二次電纜線長，電能損耗大，也不利於機器人將焊鉗伸入工件內部焊接；另一方面電纜線隨機器人運動而不停擺動，電纜的損壞較快。因此，目前逐漸增多採用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質量在70kg左右。考慮到機器人要有足夠的負載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進行焊接，一般都選用100～150kg負載的重型機器人。為了適應連續點焊時焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機器人增加了可在0.3s內完成50mm位移的功能。這對電機的性能，微機的運算速度和算法都提出更高的要求。
（2）點焊機器人的焊接裝備點焊機器人的焊接裝備，由於採用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗後面，所以變壓器必須儘量小型化。對於容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對於容量較大的變壓器，已經開始採用逆變技術把50Hz工頻交流變為600～700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓後可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進行二次整流，用直流電焊接。焊接參數由定時器調節，參見圖1b。新型定時器已經微機化，因此機器人控制櫃可以直接控制定時器，無需另配接口。點焊機器人的焊鉗，通常用氣動的焊鉗，氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般只有兩級衝程。而且電極壓力一旦調定後是不能隨意變化的。近年來出現一種新的電伺服點焊鉗，如圖4所示。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動，碼盤反饋，使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定並預置。而且電極間的壓緊力也可以無級調節。這種新的電伺服點焊鉗具有如下優點：
1）每個焊點的焊接周期可大幅度降低，因為焊鉗的張開程度是由機器人精確控制的，機器人在點與點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點後，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位後焊鉗才閉會或焊鉗完全張開後機器人再移動；
2）焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整，只要不發生碰撞或干涉儘可能減少張開度，以節省焊鉗開度，以節省焊鉗開合所占的時間。
3）焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調節，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。
弧焊機器人的特點
（1）弧焊機器人的基本功能弧焊過程比點焊過程要複雜得多，工具中心點（TCP），也就是焊絲端頭的運動軌跡、焊槍姿態、焊接參數都要求精確控制。所以，弧焊用機器人除了前面所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能。
雖然從理論上講，有5個軸的機器人就可以用於電弧焊，但是對複雜形狀的焊縫，用5個軸的機器人會有困難。因此，除非焊縫比較簡單，否則應儘量選用6軸機器人。
弧焊機器人除前面圖2提及的在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時，其軌跡應能貼近示教的軌跡之外，還應具備不同擺動樣式的軟體功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點處，機器人也應自動停止向前運動，以滿足工藝要求。此外，還應有接觸尋位、自動尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。
（2）弧焊機器人用的焊接設備弧焊機器人多採用氣體保護焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈衝或非脈衝式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由於機器人控制櫃採用數字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制櫃之間加一個接口。近年來，國外機器人生產廠都有自己特定的配套焊接設備，這些焊接設備內已經播人相應的接口板、所以在圖1a中的弧焊機器人系統中並沒有附加接口箱。應該指出，在弧焊機器人工作周期中電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應按持續率100％來確定電源的容量。
送絲機構可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲機之間的軟管較短，有利於保持送絲的穩定性，而後者軟管校長，當機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處於多彎曲狀態，會嚴重影響送絲的質量。所以送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩定性的問題。
焊接機器人的套用
1.焊接機器人工作站（單元）
汽車機器人焊接工程對焊接機器人工作站進一步細分，可得以下四種：
1.1箱體焊接機器人
工作站是專門針對箱櫃行業中，生產量大，焊接質量及尺寸要求高的箱體焊接開發的機器人工作站專用裝備。箱體焊接機器人工作站由弧焊機器人、焊接電源、焊槍送絲機構、迴轉雙工位變位機、工裝夾具和控制系統組成。該工作站適用於各式箱體類工件的焊接，在同一工作站內通過使用不停的夾具可實現多品種的箱體自動焊接，焊接的相對位置高。由於採用雙工位變位機，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了焊接效率。由於採用了MIG脈衝過渡或CMT冷金屬過渡焊接工藝方式進行焊接，使焊接過程中熱輸入量大大減少，保證產品焊接後不變形，通過調整焊接規範和機器人焊接姿態，保證產品焊縫質量好，焊縫美觀，特別對於密封性要求高的不鏽鋼氣室，焊接後保證氣室氣體不泄露。通過設定控制系統中的品種選擇參數並更換工作夾具，可實現多個品種箱體的自動焊接。
用不同工作範圍的弧焊機器人和相應尺寸的變位機，工作站可以滿足焊縫長度在2000mm左右的各類箱體的焊接要求。焊接速度3－10mm/s，根據箱體基本材料，焊接工藝採用不同類型的氣體保護焊。該工作站還廣泛用於電力、電氣、機械、汽車等行業。
1.2不鏽鋼氣室機器人
柔性雷射焊接加工設備是針對不鏽鋼焊接變形量比較大，密封性要求高的箱體類工件焊接開發的的柔性機器人雷射焊接加工設備。 該加工設備是由機器人、雷射發生器機組、水冷卻機組、雷射掃描跟蹤系統、柔性變位機、工裝夾具、安全護欄、吸塵裝置和控制系統等組成，通過設定控制系統中的品種選擇參數並更換工裝夾具，可實現多個品種的不鏽鋼氣室類工件的自動焊接。1.3軸類焊接機器人
工作站是專門針對低壓電器行業中萬能式斷路器中的轉軸焊接開發的專用設備，推出了一套專用的轉軸焊接機器人工作站。軸類焊接機器人工作站由弧焊機器人、焊接電源、焊槍送絲機構、迴轉雙工位變位機、工裝夾具和控制系統組成。該工作站用於以轉軸為基體（上置若干懸臂）的各類工件的焊接，在同一工作站內通過使用不同的夾具可實現多品種的轉軸自動焊接。焊接的現對位置精度很高。由於採用雙工位變位機，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了效率。
技術指標：轉軸直徑：Ф10－50mm，長度300－900mm，焊接速度3－5mm/s，焊接工藝採用MAG混合氣體保護焊，變位機迴轉，變位精度達0.05mm。
廣泛套用於高質量、高精度的以轉軸的各類工件焊接，適用於電力、電氣、機械、汽車等行業。如果採用手工電弧焊進行轉軸焊接，工人勞動強度極大，產品的一致性差，生產效率低，僅為2－3件/小時。採用自動焊接工作站後，產量可達到15－20件/小時，焊接質量和產品的一致性也大幅度的提高。
軸類焊接機器人工作站低壓電器轉軸
1.4機器人焊接螺柱工作站
機器人焊接螺柱工作站針對複雜零件上具有不同規格螺柱採用機器人將螺柱焊接到工件上。該工作站主要由機器人、螺柱焊接電源、自動送釘機、機器人自動螺柱焊槍、變位機、工裝夾具、自動換槍裝置、自動檢測軟體、控制系統和安全護欄等組成，通過自動送釘機將螺柱送到機器人自動焊槍裡面，通過編程將機器人在工件上示教的路徑，將不同規格的螺柱焊接到工件上。可以採用儲能焊接或拉弧焊接將螺柱牢牢的焊接到工件上，保證焊接精度和焊接強度。焊接效率大約3-10個/分鐘，螺柱規格：直徑3-8mm，長度：5-40mm。2.焊接機器人生產線
焊接機器人生產線比較簡單的是把多台工作站（單元）用工件輸送線連線起來組成一條生產線。這種生產線仍然保持單站的特點，即每個站只能用選定的工件夾具及焊接機器人的程式來焊接預定的工件，在更改夾具及程式之前的一段時間內，這條線是不能焊其他工件的。另一種是焊接柔性生產線（FMS-W）。柔性線也是由多個站組成，不同的是被焊工件都裝卡在統一形式的托盤上，而托盤可以與線上任何一個站的變位機相配合併被自動卡緊。焊接機器人系統首先對托盤的編號或工件進行識別，自動調出焊接這種工件的程式進行焊接。這樣每一個站無需作任何調整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線一般有一個軌道子母車，子母車可以自動將點固好的工件從存放工位取出，再送到有空位的焊接機器人工作站的變位機上。也可以從工作站上把焊好的工件取下，送到成品件流出位置。整個柔性焊接生產線由一台調度計算機控制。因此，只要白天裝配好足夠多的工件，並放到存放工位上，夜間就可以實現無人或少人生產了。
工廠選用哪種自動化焊接生產形式，必須根據工廠的實際情況及素要而定。焊接專機適合批量大，改型慢的產品，而且工件的焊縫數量較少、較長，形狀規矩（直線、圓形）的情況；焊接機器人系統一般適合中、小批量生產，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較複雜。柔性焊接線特別適合產品品種多，每批數量又很少的情況，目前國外企業正在大力推廣無（少）庫存，按訂單生產（JIT）的管理方式，在這種情況下採用柔性焊接線是比較合適的
