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1、 机械与电气工程学院 刚建华课 前 思 考 常见的码垛机器人有哪几 类？ 码垛机器人的系统组成及各部分的主要功能？ 问 题 分 析 （ 一 ） 常见的码垛机器多为 关节式码垛机器人、摆关节式码垛机器人、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人 。 关节式码垛机器人 龙门式码垛机器人 摆臂式码垛机器人 码垛机器人分类 问 题 分 析 （ 二 ） 通常码垛机器人主要有 操作机、控制系统、码垛系统操作机、控制系统、码垛系统（气体发生装置、液压发生装置）和安全保护装置组（气体发生装置、液压发生装置）和安全保护装置组成成 。 1 机器人控制柜； 2 示教器； 3 气体发生装置；
2、 4 真空发生装置； 5 操作机；6 夹板式手爪； 7 底座 码垛机器人系统组成 本次课学习目标1案例引入27.1焊接机器人的特点37.1焊接机器人的分类4目 录7.2焊接机器人的系统组成5第七章第七章 焊接机器人及其操作应用焊接机器人及其操作应用本 次 课 小 结 焊接机器人是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。具有可自由编程的轴，并能将焊接工具按要求送到预定空间位置，按要求轨迹及速度移动焊接工具的工业机器人，包括点焊机器人点焊机器人、弧焊机器人弧焊机器人和激光焊接机器人激光焊接机器人等。 焊接机器人作为工业机器人家族的一员，其作业编程无外乎运动轨迹运动轨迹、作业条件作业条件和作
3、业顺序作业顺序的示教。 对于点焊作业而言，其机器人控制点（ TCP ）在焊焊钳开口的中心钳开口的中心处，作业时要求焊钳两电极垂直于被焊工件表面；而对于熔焊来说，其机器人控制点在焊枪尖头焊枪尖头或激激光焦点光焦点上。作业时根据被焊工件的厚度及工艺要求厚度及工艺要求，选用前倾角焊或后倾角焊前倾角焊或后倾角焊。 谢谢 机械与电气工程学院 刚建华本 次 课 的 学 习 目 标 了解焊接机器人的分类及特点 掌握焊接机器人系统的基本组成 案 例 导 入 国内首条首条具有完全自主知识产权完全自主知识产权的智能化智能化工业机器人焊接自动化生产线焊接自动化生产线成功投入运行 2013年7月26日，随着奇瑞汽车奇
4、瑞汽车战略车型艾瑞泽7的隆重上市，我国首条具备完全自主知识产权的智能化工业机器人焊接自动化生产线正式投入运行，标志着我标志着我国自主品牌工业机器人国自主品牌工业机器人具备在汽车焊接自动化具备在汽车焊接自动化生产线运行的能力生产线运行的能力。 案 例 背 景 随着机器人和数字制造技术的发展，以人工智能为代人工智能为代表的智能技术表的智能技术和机器人为代表的智能装备机器人为代表的智能装备日益广泛应用，以加工和制造为基础的劳动密集型产业模式逐渐被淘汰劳动密集型产业模式逐渐被淘汰，使得全球技术要素与市场要素的配置方式发生革命性变化。 2011 年，国家战略性新兴产业启动“基于工业机器基于工业机器人的汽
5、车焊接自动化生产线人的汽车焊接自动化生产线”项目，重点支持安徽埃夫特安徽埃夫特智能装备有限公司智能装备有限公司、奇瑞汽车股份有限公司奇瑞汽车股份有限公司、哈尔滨工业哈尔滨工业大学大学、中国科学院自动化研究所中国科学院自动化研究所、北京航空航天大学北京航空航天大学等单位联合研制的项目，并首次在奇瑞汽车焊接生产线首次在奇瑞汽车焊接生产线上示范应用。 可用于焊接、搬运、涂胶、打号等工艺过程，是目前我国使用机器人数量最多、应用工艺最复杂使用机器人数量最多、应用工艺最复杂的自主品牌机器人焊接生产线，生产线整体技术达到国际先进水平国际先进水平。 奥 迪 新 A 1 汽 车 焊 接 生 产 线11奥迪新A1
6、 采用KUKA 激光焊接 等离子焊接生产线 7.1 思考12思考u为什么要发展焊接机器人？u使用焊接机器人能有哪些优势？ 7 . 1 焊 接 机 器 人 的 特 点提高劳动生产率，提高劳动生产率，一天可一天可 24 小时连小时连续生产续生产稳定和提高焊接质稳定和提高焊接质量，保证其均匀性量，保证其均匀性 为焊接柔性生产线提为焊接柔性生产线提供技术基础供技术基础改善工人劳作条件，摆脱改善工人劳作条件，摆脱有毒、有害、极端环境有毒、有害、极端环境13缩短产品改型换代的缩短产品改型换代的准备周期，减少相应准备周期，减少相应的设备投资的设备投资 降低对工人操降低对工人操作技术的要求作技术的要求 焊 接
7、 机 器 人 分 类 世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节型机器人关节型机器人，绝大部分有 6个轴，目前焊接机器人应用中比较普遍的主要有 3 种：点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人。点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人。 c ) 激光焊接机器人机器人 a ) 点焊机器人 b ) 弧焊机器人 点 焊 机 器 人 点焊机器人 是用于是用于点焊点焊自动作业的工业机器人，其末端自动作业的工业机器人，其末端持握的作业工具是持握的作业工具是焊钳焊钳。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线汽车装配生产线上的电阻点焊电阻点焊开始的。 汽车车身的机器人点焊作业 点 焊 机器人应用1
8、6发那科 新型点焊机器人 点 焊 机器人应用17汽车焊接机器人点 焊 机 器 人 的 应 用 最初，点焊机器人只用于增强焊增强焊作业，即往已拼接好的工件上增加焊点。后来，为保证拼接精度，又让机器人完成定位焊定位焊作业。 b ) 车门框架增强焊 a ) 车门框架定位焊 汽车车门的机器人点焊作业 对 点 焊 机 器 人 的 要 求 点焊机器人逐渐被要求有更全的作业性能，点焊用机器人不仅要有足够的负载能有足够的负载能力力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，速度要快捷，动作要平稳，定位要准确定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全可靠性好。 弧 焊
9、机 器 人 弧焊机器人 弧焊机器人是用于弧焊机器人是用于弧焊弧焊（主要有（主要有熔化极气体保熔化极气体保护焊护焊和和非熔化极气体保护焊非熔化极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是端持握的工具是焊枪焊枪。熔化极气体保护焊机器人 非熔化极气体保护焊机器人 弧焊机器人 弧 焊 机 器 人 的 应 用 焊接机器人在汽车制造中的应用也相继从原来比较单一的汽车装配点焊很快发展为汽车零部件及其装配过程中的电弧焊 。 a ）座椅支架 b ）消音器 汽车零部件的机器人弧焊作业 弧 焊 机器人应用22KUKA库卡机器人在汽车零部件行业应用 弧 焊 机器人应用23KUKA
10、库卡机器人在汽车零部件行业应用弧 焊 机 器 人 应 用 由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及，使得弧焊机器人在通用机械通用机械、金属结构金属结构等许多行业中得到广泛运用。 工程机械的机器人弧焊作业 弧 焊 机器人应用25自动弧焊机器人 弧 焊 机器人应用26焊接机器人弧焊机器人对 弧 焊 机 器 人 的 要 求 为适应弧焊作业，对弧焊机器人的性能有着特殊的要求。除在运动过程中速度的稳定性速度的稳定性和轨迹精度轨迹精度是两项重要指标。 其他性能如下： 1) 能够通过示教器设定焊接条件（电流、电压、速度等）； 2) 摆动功能； 3) 坡口填充功能； 4) 焊接异常功能检测； 5) 焊接传感器（焊
11、接起始点检测、焊缝跟踪）的接口功能。 激 光 焊 接 机 器 人 激光焊接机器人 是用于激光焊激光焊自动作业的工业机器人，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具是激光加工头激光加工头。 具有最小的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高焊接产品品质的同时，降低了后续工作量的时间 。 a ）激光焊接机器人 b ）激光切割机器人 激光加工机器人 激 光 焊 接 机器人应用29柯马 远程激光焊接 机器人 激 光 焊 接 机器人应用30探秘桑塔纳-激光焊接工艺 激 光 焊 接 机器人应用31金知卓ABB机器人激光切割 激 光 焊 接 机器人应用32japan unix激光焊锡
12、机器人激 光 焊 接 机 器 人 的 要 求 激光焊接成为一种成熟的、无接触无接触的焊接方式已经多年，极高的能量密度使得高速加工高速加工和低热输入量低热输入量成为可能。与机器人电弧焊相比，机器人激光焊的焊缝跟踪精度要求更高。基本性能要求如下： 1 ）高精度轨迹（ 0.1 mm ）； 2 ）持重大（ 3050 kg ），以便携带激光加工头； 3 ）可与激光器进行高速通信； 4 ）机械臂刚性好，工作范围大； 5 ）具备良好的振动抑制和控制修正功能。 点 焊 机 器 人 系 统 组 成 7.2.1 点焊机器人 点焊机器人点焊机器人主要由操作机、控制系统操作机、控制系统和点焊焊接系统点焊焊接系统等组成
13、 。 点 焊 机 器 人 焊 钳 的 结 构 机器人点焊用焊钳从外形结构上有 C 型型和 X 型型 2 种。 C 型焊钳型焊钳用于点焊用于点焊垂直及近于垂直垂直及近于垂直倾斜位置的焊点倾斜位置的焊点； X 型焊钳型焊钳则主要用于点焊则主要用于点焊水平及近于水平水平及近于水平倾斜位置的焊点倾斜位置的焊点 。 b ） X 型焊钳 a ） C 型焊钳 点焊机器人焊钳（外形结构） 焊 钳 的 驱 动 方 式 从电极臂加压驱动方式电极臂加压驱动方式，点焊机器人焊钳分为气动焊钳气动焊钳和伺伺服焊钳服焊钳 2 种。 气动焊钳气动焊钳 利用汽缸汽缸来加压，能够使电极完成大开、小开和闭大开、小开和闭合合 3 个
14、动作，电极压力一旦调顶不能随意变化，目前比较常用目前比较常用。 伺服焊钳伺服焊钳 采用伺服电机驱动伺服电机驱动完成焊钳的张开和闭合张开和闭合，焊钳张开度可任意选定并预置，且电极间的压紧力可无级调节 。 伺服焊钳 气动焊钳 弧 焊 机 器 人 的 系 统 组 成 弧焊机器人的组成与点焊机器人基本相同，主要由是由操作机、控制系统、弧焊系统和安全设备等组成操作机、控制系统、弧焊系统和安全设备等组成。 1 气瓶； 2 焊丝桶； 3 送丝机； 4 操作机； 5 焊枪； 6 工作台； 7 供电及控制电缆； 8 弧焊电源； 9 示教器； 10 机器人控制柜 弧焊机器人系统组成 弧 焊 机 器 人 常 用 焊
15、 枪 弧焊机器人操作机的结构与点焊机器人基本相似，主要区别在于 末端执行器末端执行器 - 焊枪焊枪 。 a) 电缆外置式机器人气保焊枪 b) 电缆内藏式机器人气保焊枪 c) 机器人氩弧焊焊枪 弧焊机器人常用焊枪 激 光 焊 接 机 器 人 系 统 组 成 1 激光器； 2 光导系统； 3 遥控盒； 4 送丝机； 5 激光加工头； 6 操作机； 7 机器人控制柜； 8 焊接电源 激光焊接机器人系统组成 常 用 的 激 光 加 工 头 激光加工头装于六自由度六自由度机器人本体手臂末端，其运运动轨迹动轨迹和和激光加工参数激光加工参数是由机器人数字控制系统机器人数字控制系统提供指令进行。根据用途不同（
16、切割、焊接、熔覆）选择不同的激光加工头。 c ) 激光熔覆 a ) 激光切割 b ) 激光焊接 激光加工头 7 . 2 焊 接 机 器 人 的 系 统 组 成 激光焊接机器人控制系统架构 焊 接 机 器 人 系 统 组 成 小 结 焊接机器人主要包括焊接机器人主要包括机器人机器人和和焊接设备焊接设备两部分两部分。 机器人由机器人本体机器人本体和控制柜（硬件及软件）控制柜（硬件及软件）组成。 焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电焊接电源（包括其控制系统）源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）送丝机（弧焊）、焊枪焊枪（焊钳）（焊钳）等部分组成。 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教
17、TCP 点确定： 对点焊机器人而言，其一般设在焊钳开口的中点处，且要求焊钳两电极垂直于被焊工件表面。 焊接作业姿态 工具中心点设定 7.3.1 点焊作业 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教 7.3.1 点焊作业 以下图工件焊接为例，采用在线示教方式为机器人输入两块薄板（板厚2mm ）的点焊作业程序。此程序由编号 1 至 5 的 5 个程序点组成。本例中使用的焊钳为气动焊钳，通过气缸来实现焊钳的大开、小开和闭合三种动作。 点焊机器人运动轨迹 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教7.3.1 点焊作业 程序点说明 程序点 说 明 焊钳动作 程序点 1 机器人原点 程序点
18、 2 作业临近点 大开小开 程序点 3 点焊作业点 小开闭合 程序点 4 作业临近点 闭合小开 程序点 5 机器人原点 小开大开 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教 7.3.1 点焊作业 示教前的准备 再现施焊 新建一个程序 运行确认（跟踪） 设定焊接条件 登录程序点登录程序点 1 登录程序点登录程序点 2 登录程序点登录程序点 5 登录程序点登录程序点 3 登录程序点登录程序点 4 点焊机器人作业示教流程 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教 7.3.1 点焊作业 设定作业条件 设定焊钳条件 焊钳条件的设定主要包括焊钳号、焊钳类型、焊钳状态等。 设定焊接条件 点
19、焊时的焊接电源和焊接时间，需在焊机上设定。 点焊作业条件设定 大电流大电流 - 短时间短时间 小电流小电流 长时间长时间 板厚板厚 时间（周时间（周 时间（周时间（周 电流电流 （ mm ） 压力（压力（ kgf ） 电流（电流（ A ） 压力（压力（ kgf ） 期）期） 期）期） （ A ） 10 225 8800 1.0 36 75 5600 20 470 13000 2.0 64 150 8000 32 820 17400 3.0 105 260 10000 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教 7.3.2 熔焊作业 TCP 点确定： 同点焊机器人 TCP 设置有所不同，
20、弧焊机器人 TCP 一般设置在焊枪尖头 ，而激光焊接机器人 TCP 设置在激光焦点上 。 弧焊机器人工具中心点 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教 7.3.2 熔焊作业 实际作业时，需根据作业位置和板厚调整焊枪角度。以平（角）焊为例，主要采用前倾角焊（前进焊）和后倾角焊（后退焊）两种方式。 a ) 前倾角焊 b ) 后倾角焊 前倾角焊和后倾角焊 7 . 3 焊 接 机 器 人 的 作 业 示 教 板厚相同的话，基本上为 1025 ，焊枪立得太直或太倒的话，难以产生熔深。前倾角焊接时，焊枪指向待焊部位，焊枪在焊丝后面移动，因电弧具有预热效果，焊接速度较快，熔深浅、焊道宽，所以一般薄板的焊接采用此法；而后倾角焊接时，焊枪指向已完成的焊缝，焊枪在焊丝前面移动，能够获得较大的熔深、焊道窄，通常用于厚板的焊接。同时，在板对板的连接之中，焊枪与坡口垂直。对于对称的平角焊而言，焊枪要与拐角成 45 角 。 b ) T 形接头平角焊 a ) I 形接头对焊 焊枪作业姿态