机器人焊接[1]

1、1 1机器人机器人CO2气体保护焊接气体保护焊接开放实验教学开放实验教学 2 2 工业机器人作为现代制造技术发展重要标志之工业机器人作为现代制造技术发展重要标志之一和新兴技术产业，已为世人所认同。并正对一和新兴技术产业，已为世人所认同。并正对现代高技术产业各领域以至人们的生活产生了现代高技术产业各领域以至人们的生活产生了重要影响。重要影响。 焊接制造工艺由于其工艺的复杂性、劳动强度焊接制造工艺由于其工艺的复杂性、劳动强度、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对自、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对自动化对于其工艺的自动化、机械化的要求极为动化对于其工艺的自动化、机械化的要求极为迫切，实现机器人

2、焊接代替人工操作成为焊接迫切，实现机器人焊接代替人工操作成为焊接工作者追求的目标。工作者追求的目标。3 3 经过十几年的机器人焊接技术应用实践，国内焊接机器经过十几年的机器人焊接技术应用实践，国内焊接机器人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求相差甚远，焊接机器人推广任务还十分艰巨。就推进我相差甚远，焊接机器人推广任务还十分艰巨。就推进我国机器人焊接技术应用而言，首先应是焊接机器人知识国机器人焊接技术应用而言，首先应是焊接机器人知识与观念的普及，焊接工作者对焊接机器人技术基础及应与观念的普及，焊接工作者对焊接机器人技术基础及应用知识有着强

3、烈的需求，但是在大学本科教材中有关焊用知识有着强烈的需求，但是在大学本科教材中有关焊接机器人方面的介绍十分简单，学生虽然对弧焊机器人接机器人方面的介绍十分简单，学生虽然对弧焊机器人技术有着浓厚的兴趣，但是仅仅通过教材很难对弧焊机技术有着浓厚的兴趣，但是仅仅通过教材很难对弧焊机器人及其柔性加工单元技术建立清晰的概念，通过本实器人及其柔性加工单元技术建立清晰的概念，通过本实验的开展可以使学生有机会进行实际操作进而对弧焊机验的开展可以使学生有机会进行实际操作进而对弧焊机器人及其柔性加工单元技术的应用及发展有一个完整的器人及其柔性加工单元技术的应用及发展有一个完整的认识。认识。4 4轿车后桥双机协调弧

4、焊系统焊接机器人典型应用案例焊接机器人典型应用案例5 5车身焊接线车身焊接线6 6轿车座椅骨架弧焊系统轿车座椅骨架弧焊系统7 7火车侧梁弧焊系统火车侧梁弧焊系统8 8激光焊接系统激光焊接系统9 9等离子焊接系统等离子焊接系统1010一、实验目的一、实验目的了解六轴机器人的组成结构及性能参数了解六轴机器人的组成结构及性能参数掌握掌握MOTOMANMOTOMAN机器人示教编程原理机器人示教编程原理了解了解COCO2 2焊接方法焊接方法, ,熟悉机器人熟悉机器人“示教示教- -再现再现”COCO2 2焊接工艺参数的选择与调整焊接工艺参数的选择与调整 通过实验操作对弧焊机器人技术的应用有一个通过实验操

5、作对弧焊机器人技术的应用有一个完整的认识完整的认识学会分析焊接过程中出现的问题及其解决方案学会分析焊接过程中出现的问题及其解决方案1111二、实验设备及主要技术指标二、实验设备及主要技术指标机器人操作机：日本机器人操作机：日本 MOTOMANMOTOMANUP20UP20型型6 6轴关节式机器人轴关节式机器人机器人控制器：机器人控制器：YASNAC XRC UP20YASNAC XRC UP20型型负载能力：负载能力：20kg20kg自由度：自由度：6 6自由度自由度重复定位精度：重复定位精度：0.08mm0.08mm工作范围：半径工作范围：半径1658mm1658mm驱动：交流伺服电机。驱动

6、：交流伺服电机。焊接电源：焊接电源：MOTOWELD-S350, COMOTOWELD-S350, CO2 2/MAG/MAG焊机，可以实现碳钢、低合金高焊机，可以实现碳钢、低合金高强钢和不锈钢等的焊接；强钢和不锈钢等的焊接； 最大焊接电流最大焊接电流350A350A保护气体：保护气体：COCO2 2、Ar+COAr+CO2 2、 Ar+COAr+CO2 2+O+O2 2焊丝：直径焊丝：直径0.90.9、1.21.2、1.6mm1.6mm实心焊丝或药芯焊丝，如实心焊丝或药芯焊丝，如H08Mn2SiAH08Mn2SiA等等1212三、实验材料三、实验材料低碳钢试板：低碳钢试板： Q235AQ23

7、5A、各种规格、各种规格保护气体：保护气体： Ar+COAr+CO2 2焊丝焊丝: H08Mn2SiA: H08Mn2SiA、直径、直径1.2mm1.2mm1313四、实验原理四、实验原理（一）、弧焊机器人系统简介（一）、弧焊机器人系统简介 机器人要完成焊接作业必须依赖于控制系统机器人要完成焊接作业必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机器人操作机、变位统一般由如下几部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等，如图

8、计算机和相应的安全设备等，如图1 1所示。所示。 14141515（二）、（二）、MOTOMAN-UP20MOTOMAN-UP20弧焊机器人系统的构成弧焊机器人系统的构成1.1.机器人操作机机器人操作机日本安川（日本安川（YASKAWAYASKAWA）公司：公司：MOTOMAN-UP20MOTOMAN-UP20型型2.2.机器人控制器机器人控制器YASNAC XRC UP20YASNAC XRC UP20型型3.3.焊接电源焊接电源MOTOWELD-S350MOTOWELD-S350型弧焊电源型弧焊电源4.4.辅助系统辅助系统送丝机构、焊丝、焊接保护气体等送丝机构、焊丝、焊接保护气体等1616

9、17171.1.机器人操作机机器人操作机机器人本体 机器人操作机是焊接机器人系统机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构，它由驱动器、传动机构的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节以及内部传感器（、机器人臂、关节以及内部传感器（编码器）等组成。它的任务是精确的编码器）等组成。它的任务是精确的保证末端操作器所要求的位置、姿态保证末端操作器所要求的位置、姿态和实现其运动。由于具有六个旋转关和实现其运动。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学上已被证明能以最小的结构尺寸为代价获取最大的工作空间，并且能以代价获取最大

10、的工作空间，并且能以较高的位置精度和最优路径到达指定较高的位置精度和最优路径到达指定位置，因此这种类型的机器人操作机位置，因此这种类型的机器人操作机在焊接领域得到广泛的应用。在焊接领域得到广泛的应用。18182.2.机器人控制器机器人控制器 机器人控制器是整机器人控制器是整个机器人系统的神经中个机器人系统的神经中枢，它由计算机硬件、枢，它由计算机硬件、软件和一些专用电路构软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器成，其软件包括控制器系统软件、机器人专用系统软件、机器人专用语言、机器人运动学及语言、机器人运动学及动力学软件、机器人控动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断制软件、机器人自诊断及自保

11、护软件等。控制及自保护软件等。控制器负责处理焊接机器人器负责处理焊接机器人工作过程中的全部信息工作过程中的全部信息和控制其全部动作。和控制其全部动作。控制柜再现操作盒示教编程器19193.3.焊接系统焊接系统 焊接系统是焊接机器人焊接系统是焊接机器人完成作业的核心装备，主要完成作业的核心装备，主要由焊枪、焊接控制器及水、由焊枪、焊接控制器及水、电、气等辅助部分组成。焊电、气等辅助部分组成。焊接控制器是由微处理器及部接控制器是由微处理器及部分外围接口芯片组成的控制分外围接口芯片组成的控制系统，它可根据预定的焊接系统，它可根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输监控程序，完成焊接参数输入、焊接程序控

12、制及焊接系入、焊接程序控制及焊接系统故障自诊断，并实现与本统故障自诊断，并实现与本地计算机及手控盒的通讯联地计算机及手控盒的通讯联系。系。2020（三）、弧焊机器人的运动模式（三）、弧焊机器人的运动模式1. 1. 弧焊机器人的坐标系弧焊机器人的坐标系 机器人的坐标系分为：关节坐标系和直角坐标系等。机器人的坐标系分为：关节坐标系和直角坐标系等。 关节坐标系关节坐标系是单轴运动方式，在关节坐标模式下通过示教是单轴运动方式，在关节坐标模式下通过示教盒可以控制机器人各轴围绕关节旋转运动，该运动方式适盒可以控制机器人各轴围绕关节旋转运动，该运动方式适合机器人进行大范围运动时使用。合机器人进行大范围运动时

13、使用。关节坐标系关节坐标系 基基 本本 轴轴 S S轴轴本体回转本体回转180180 L L轴轴下臂前后摆动下臂前后摆动155155、110110 U U轴轴上臂上下摆动上臂上下摆动210210、8080 R R轴轴手腕回转手腕回转190190 B B轴轴手腕上下摆动手腕上下摆动230230、5050 T T轴轴手腕回转手腕回转36036021212222直角坐标系直角坐标系为多轴合成运动方式，机器人以焊为多轴合成运动方式，机器人以焊丝尖端为相对坐标原点，按笛卡儿直角坐标运丝尖端为相对坐标原点，按笛卡儿直角坐标运动，该方式适合靠近工件时的小范围机器人运动，该方式适合靠近工件时的小范围机器人运动

14、姿态调整和示教。动姿态调整和示教。 基基 本本 方方 向向 X X方向方向沿沿X X轴平行移动轴平行移动 Y Y方向方向沿沿Y Y轴平行移动轴平行移动 Z Z方向方向沿沿Z Z轴平行移动轴平行移动直角坐标系直角坐标系2323Z轴X轴Y轴24242. 2. 弧焊机器人的运动方式弧焊机器人的运动方式 机器人的运动方式分为机器人的运动方式分为PTPPTP方式和方式和CPCP方式。方式。 PTPPTP方式方式为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动到终点，而对两点间轨迹不做规定）。到终点，而对两点间轨迹不做规定）。 CPCP方式方式为连续轨迹方式（即机器人以设定

15、的速度按特为连续轨迹方式（即机器人以设定的速度按特定轨迹从起始点运动到终点）。基于以上特点可知，定轨迹从起始点运动到终点）。基于以上特点可知，对弧焊机器人进行编程时，如果仅仅是空间运动或位对弧焊机器人进行编程时，如果仅仅是空间运动或位置变换，应该使用置变换，应该使用PTPPTP运动方式，而机器人进行焊接操运动方式，而机器人进行焊接操作时（即对焊缝轨迹编程），宜采用作时（即对焊缝轨迹编程），宜采用CPCP运动方式。运动方式。2525（四）、弧焊机器人的动作模式（四）、弧焊机器人的动作模式弧焊机器人有如下动作模式：弧焊机器人有如下动作模式：TECHTECH模式模式：示教方式，对所有工作点进行示教：

16、示教方式，对所有工作点进行示教操作。操作。PLAYPLAY模式模式：再现方式，对示教任务进行再现操：再现方式，对示教任务进行再现操作。作。2626（五）、弧焊机器人的指令系统（五）、弧焊机器人的指令系统 弧焊机器人的指令系统十分复杂，本次实弧焊机器人的指令系统十分复杂，本次实验要求掌握如下指令：验要求掌握如下指令： MOVJMOVJ：表示机器人以关节插补方式，以：表示机器人以关节插补方式，以PTPPTP模模式以直线从第式以直线从第PnPn点运动到第点运动到第Pn+1Pn+1点。点。 MOVLMOVL：表示机器人以直线插补方式，以：表示机器人以直线插补方式，以CPCP模式模式以直线从第以直线从第

17、PnPn点运动到第点运动到第Pn+1Pn+1点。点。 MOVCMOVC：表示机器人以圆弧插补方式，以：表示机器人以圆弧插补方式，以CPCP模式模式依次以圆弧曲线从第依次以圆弧曲线从第PnPn点经点经Pn+1Pn+1点运动到第点运动到第Pn+2Pn+2点。点。2727 MOVSMOVS：表示机器人以抛物线插补方式，以：表示机器人以抛物线插补方式，以CPCP模模式依次以抛物线从第式依次以抛物线从第PnPn点经点经Pn+1Pn+1点运动到第点运动到第Pn+2Pn+2点。点。 ARCONARCON：焊接电弧引弧命令，以设定的焊接参：焊接电弧引弧命令，以设定的焊接参数进行引弧操作。数进行引弧操作。 AR

18、COFARCOF：焊接电弧息弧命令，以设定的焊接参：焊接电弧息弧命令，以设定的焊接参数进行息弧操作。数进行息弧操作。 本次实验主要学习本次实验主要学习MOVJMOVJ、MOVLMOVL、ARCONARCON及及ARCOFARCOF命令的使用。命令的使用。2828五、编程举例五、编程举例 利用利用MOTOMAN-UP20弧焊机器人完成下图所示角焊弧焊机器人完成下图所示角焊缝的焊接。图中缝的焊接。图中1点为机器人起始位置、点为机器人起始位置、2点为准备点完成点为准备点完成焊枪姿态的调整、焊枪姿态的调整、3点为起焊点、点为起焊点、4点为焊接结束点、点为焊接结束点、5点为点为焊枪返回起始位置过程中的安

19、全点、焊枪返回起始位置过程中的安全点、6点与点与1点重合。点重合。34点间的直线为焊缝位置。点间的直线为焊缝位置。2929以下为参考程序：以下为参考程序：3030六、实验内容、步骤及要求六、实验内容、步骤及要求1. 实验内容：实验内容： 完成下图所示的平板堆焊的示教编程和再现操作。工艺完成下图所示的平板堆焊的示教编程和再现操作。工艺参数设定参数设定: 电流电流160A、 电压电压100%、焊接速度、焊接速度66cm/min、 保护气流量保护气流量20L/min、焊丝干伸长、焊丝干伸长:16mm。1,6点点2点点3点点(起焊点起焊点)4点点(末焊点末焊点)5点点31312. 实验步骤：实验步骤：

20、u接通电源接通电源u 示教：教机器人工作。示教：教机器人工作。u 再现：机器人执行示教的工作。再现：机器人执行示教的工作。u 切断电源切断电源3. 要求：要求：u认真完成实验认真完成实验u完成实验报告和实验指导书上的习题完成实验报告和实验指导书上的习题思考题思考题(4(4选选2)2) 实验中所用焊丝牌号的意义，所含Mn、Si的 作用？ 试述钢材焊接中焊丝的种类及镀铜焊丝的作用？ 焊接熔池结晶过程中会产生哪些缺陷？ 试述CO2气体保护焊的优缺点？3232实验报告实验报告 五一之前交到东三楼324 联系方式:王天骄 159263768533434七、七、MOTOMAN-UP20MOTOMAN-UP

21、20弧焊机器人操作教程弧焊机器人操作教程1.1 XRC介绍 主电源开关和门锁 再现操作盒 示教编程器1、前言3535主电源开关急停键报警按钮暂停按钮启动按钮伺服电源显示再现模式/示教模式切换36361.2 再现操作盒37371.3 示教编程器3838 光标键手动速度键轴操作键选择键回车键安全开关在内侧,握住时,伺服电源接通.39391.4 简单的基本操作究竟怎样才能让机器人工作呢？ 接通电源 示教：教机器人工作。 再现：机器人执行示教的工作。 切断电源基本工作过程可以用下图说明：404041412 2 接通电源接通电源 注意：接通电源时，请务必按照先开主电源再开伺服电源的顺序。接通电源前，必须

22、充分确认机器人周围是否安全。2.1 接通主电源把XRC正面主电源开关旋至“ON”位，接通主电源，XRC内部进行初始化诊断后，在示教编程器上显示初始画面。42422.2 接通伺服电源把XRC正面主电源开关旋至“ON”位，接通主电源，XRC内部进行初始化诊断后，在示教编程器上显示初始画面。2.2.1 再现模式时按再现操作盒的SERVO ON READY键，接通伺服电源，该键灯亮。43432.2.2 示教模式时按再现操作盒的SERVO ON READY键，该键闪烁，此时伺服电源未通。在示教编程器上按示教锁定键。1.握住安全开关，接通伺服电源。再现操作盒上的SERVO ON READY键灯亮。主意：伺

23、服电源接通时可听见伺服电机带电后的声音。4444注意：伺服电源的ON/OFF安全开关的使用。握住安全开关，接通伺服电源，伺服电源的灯亮，但是用力握至喀哒声响，伺服电源反而被切断。如下图所示：45453 3 示教示教3.1 机器人如何动作机器人主要以关节坐标系和直角坐标系工作，按下示教编程器的轴操作键，机器人各轴即可运动。3.1.1 关节坐标系的动作46464747S轴:本体回旋 U轴:上臂上下摆动 R轴:上臂回旋 T轴:手腕回旋 B轴:手腕上下摆动下臂前后摆动L轴:关关 节节 坐坐 标标 系系48483.1.2 直角坐标系的动作Z轴X轴Y轴494950503.1.3 关于移动命令与程序点1.

24、运动命令为了使机器人能够进行再现，就必须把机器人运动命令编成程序。控制机器人运动的命令就是移动命令。在移动命令中记录有移动到的位置、插补方式、再现速度等。因为XRC使用的INFORM II语言主要的移动命令都以“MOV”来开始，所以也把移动命令叫做“MOV”命令。例如：MOVJ VJ=50.00MOVL V=6651512. 程序点一般把某个运动命令到下一个运动命令前称为一个程序点。每个程序点前都有001、002、003这样的程序点。例如，“程序点1的位置”指程序点号为001（S:001）的运动命令中记录的位置。示例：52523.2 示教3.2.1 示教前的准备开始示教前，请做以下准备： 使再

25、现操作盒能有效操作 把动作模式定为示教模式 示教锁定 输入程序名再现操作盒上的按键示教盒上的按键确认再现操作盒的REMOTE键的灯是熄灭状态，以保证再现操作盒的操作有效。按再现操作盒的TEACH键，定为示教模式。按示教盒上的示教锁定键，如未加示教锁定时，不能通过安全开关接通伺服电源。53534. 在主菜单选择【程序】，然后在子菜单中选择【新建程序】。54545. 显示新建程序画面，按选择键。55556. 显示字母表画面。以名为“TEST”的程序为例进行说明。注意：程序名称可使用数字、英文字母及其他符号，最大长度为8个字符。56567. 光标放在“T”上按选择键。以同样的方法输入“E”、 “S”

26、、 “T”。57578. 按回车键，程序名“TEST”被输入。58589. 光标移动到“执行”上，按选择键，程序“TEST”被输入到XRC的内存中，程序被显示，“NOP”和“”END命令自动生成。59593.2.2 示教程序是把机器人作业内容用机器人语言加以描述的作业程序。以下为机器人输入从工件A点到B点的加工程序，此程序由16的6个程序点组成。606061616262程序点程序点1 1开始位置开始位置移动到完全离开机器人周边物体的位置输入程序点1。1. 握住安全开关，接通伺服电源，机器人进入可动作状态。2. 用轴操作键把机器人移动到适合作业的位置点1。3. 按插补方式键，把插补方式定为关节插

27、补。输入缓冲行中以MOVJ表示关节插补。63634. 光标在行号0000处时，按选择键，此时光标转移到输入缓冲显示行处，继续按光标键将光标移至设定速度处，然后设定相应的再现速度，设定再现速度为50。5. 按回车键，输入程序点1（行0001）。6464程序点程序点2 2作业开始位置附近作业开始位置附近在该点处调整机器人姿态至合适的作业姿态。1. 用轴操作键，设定机器人姿态为合适的作业姿态。2.按回车键，输入程序点2（行0002）。6565程序点程序点3 3作业开始位置作业开始位置保持程序点2的姿态不变，并移向作业开始位置。此时，改变机器人的关节坐标系为直角坐标系即可保证在移动的过程中机器人姿态不

28、变。1. 用手动速度高或低键，改变机器人移动的速度至中速，状态区域显示如下。2.按坐标键，设定机器人坐标系为直角坐标系，用轴操作键把机器人移到作业开始位置。66663. 光标在行号0002处时，按选择键，此时光标转移到输入缓冲显示行处，继续按光标键将光标移至设定速度处，然后设定相应的再现速度，设定再现速度为12.5。4. 按回车键，输入程序点3（行0003）。6767程序点程序点4 4作业结束位置作业结束位置1. 保持直角坐标系不变，用轴操作键把机器人移动到焊接作业结束位置。2. 按插补方式键，将插补方式设定为直线插补（MOVL）。输入缓冲显示行显示如下：3. 光标在行号0003处时，按选择键

29、，此时光标转移到输入缓冲显示行处，继续按光标键将光标移至设定速度处，然后设定相应的再现速度，设定再现速度为138cm/min。4. 按回车键，输入程序点4（行0004）。6868程序点程序点5 5不碰触工件、夹具的位置不碰触工件、夹具的位置1. 用轴操作键将机器人移到不碰触工件和夹具的地方。2. 按插补方式键，将插补方式设定为关节插补（MOVJ）。输入缓冲显示行显示如下：3. 光标在行号0004处时，按选择键，此时光标转移到输入缓冲显示行处，继续按光标键将光标移至设定速度处，然后设定相应的再现速度，设定再现速度为50%。4. 按回车键，输入程序点5（行0005）。6969程序点程序点6 6开始位置附近开始位置附近1. 用轴操作键把机器人移开始点附近。4. 按回车键，输入程序点6（行0006）。示教结束7070最初的程序点和最后的程序点重合最初的程序