一种焊接机器人的设计

　　摘要：焊接技术在我国汽车行业中的应用越来越广泛，焊接技术在我国的应用越来越广泛，焊接技术的进步直接关系到汽车产品的加工质量。目前，我国的焊接机器人在我国的运用已经达到了一定的水平，但是与目前的焊接工艺水平相比，仍然存在着很大的差距。因此，必须加强对焊接机器人的研究与应用。

　　本次研讨会主要针对六轴自动机械制造的联结式工作站进行产品的开发，同时也着重于对其联结技术的技术现状进行了详细的探讨和分析。本次六轴工业机械手的工作主要是利用其实现联结作业的作用，其主要部件包括 ABB的机械手；自动机械控制器IRC5;松下的 CO 2/MAG焊机，在目前的工业应用中，尤其是汽车、船舶等行业中应用广泛，是人工智能领域的重要研究领域，因此，它在制造业中的应用将会是一个巨大的突破。

　　关键词：六轴机器人；气焊夹紧；工业现状及发展展望

　　第1章 引言

　　随着我国机器人的工业化迅速发展，从传统的工业、军工等领域逐步转向民用,服务等领域。目前，生物学家定义了“无人驾驶”的概念：“无人驾驶”是一种具有和人类或其他生物一样的智力能力的智能设备。这是一种具有高度智慧的机器。机械技术是以机械、微电子、控制技术、人工智能为核心的综合机械技术。自动机械臂于1950年代问世，并逐步发展至第三代。但是，在全球范围内，随着科技水平的不断提高，在当今社会，机器人技术已经是不可替代的重要手段。正因为如此，各国对机器人技术的发展都非常的关注，一场大规模的机器人研究热潮也随之兴起。

　　1.1研究背景及意义

　　六轴机械手是一种新的运输方式，越来越受到人们的重视。中国现有的柔性自动化物流体系,大体可划分为两种：一种是用六轴自动化机械臂来运送物料的全自动生产，一种是用自动化机械臂来完成上料的手工流水线。在欧、美、日本等发达国家，采用六轴自动机械手组成的灵活型柔性加工制造系统已经成为了主要的技术手段，六轴自动化机器人可以将零件从一架机床转移到另外一架机床上，从而实现了搬运、人工搬运、搬运、搬运等功能。由于产品的容易搬运，灵活，结构简单，容易组装。这也是为什么，受到了很多机械制造商的青睐。通过选择合适的伺服马达，根据材料的移动间距和节拍，计算出加工中心位置与轨迹，并对 PID控制进行了动态调整。六个方向的自动机械手会收到的地点；通过对机器人的运动进行实时监控，在运动的同时，机器人的运动部件可以在很短的时间里达到规定的速度，并在高速运动的一刹那停止，通过”分辩率”译码器的插值运算,可以探测出机械误差和探测误差对机器人的运动精确度的不利作用。由于运送的零件数目和品质都不一样，因此，六轴机械臂的种类繁多，种类繁多。在选用产品时，应根据所传送的产品品质，选用机器的节拍方式。至于机械手、钳位等，根据工件的外形、结构特点和固定装置的固定方法进行了研究。

　　1.2焊接机器人在国内外的发展的概况

　　早期，第一种方法是用电熨斗焊接；锻造等多种不同材料的简单接头。从上个世纪30年代开始，逐渐发展出了电弧焊；从高压电焊开始，到后来的电弧焊,CO2的保护焊接技术。从八十年代开始，机械臂的焊接技术在工业的结合中得到了广泛的运用，使得自动化技术的发展更上一层楼，因为目前的焊接技术在工业生产中的运用还算不错，尤其是在汽车、船舶等制造业中，它的发展将是一个新的发展方向，它的结构和性能将会是人类制造业的一个新的发展。随着我国经济体制的不断发展，我国的焊接机械臂应用越来越广泛，越来越多的应用于各个行业。现已广泛用于汽车零件制造业中，重型机械设备结构件、锅炉和温度压力容器设备，铁路汽车、军事武器等领域。目前，在欧美、日本，已经在国外逐渐形成了一套焊接工程机械臂。焊接机器人技术通常是一种具有三个或更多的可自动控制的运动轴线，它可以按照预定的工作路径和转速，把焊接工件送到指定位置。焊接机器人主要由机器人系统、软硬件系统以及与焊缝有关的设备两部分构成。焊装机械手的主要优点

　　因此将这种联接式自动控制的机器人广泛地用于联产行业；第2代为基于传感技术的焊接自动控制系统，通过采集到的数据，对焊接过程进行在线编程；第3类是一种新的智能焊接机器人，它拥有多个可自主编写的程序代码。焊接自动控制系统:

　　第2章焊接机器人的类型

　　2.1 激光焊接机器人

　　而激光焊接，则是一种将激光技术与机械技术结合在了一块的高科技，可以进行表面加工，打孔，焊接，修理。

　　和传统的焊接技术相比，雷射焊接技术可以让两种金属之间发生原子化，简单的说，焊接后的金属就相当于一块钢板，从而增加了车身的坚硬程度，同时还可以大幅度提升车身的焊接精度。当然，在实践中，它的应用还远远不止于此。通常来说，车辆在道路上行驶时，从地面上的减震将转化为一天几千次的弯道测试，如果与车身的精确配合密切；力量不够、站立时经常出现异常声响；噪音很大，严重时会使车辆的主要部件如变速器、前桥等受到严重损坏，甚至损坏车身。由于被焊的对象尺寸变化不大，几乎不存在接头间隙，且具有很高的深度/宽度比例，因此其焊缝质量优于常规方法。通过电脑进行加工，可以实现各种焊接跟踪，缺陷检测，焊接质量检测，并通过反馈控制实现焊接过程的自动焊接。因此，激光焊接是一项非常高端的技术，随着时代的发展，对于质量的需求越来越大，零件的制作也越来越精细，而激光焊接机器人的出现，无疑是一个很好的选择

　　2.2氩弧焊接机器人

　　由于电弧焊接技术早已在很多行业得到了广泛的运用，所以在一般的机器上采用了弧焊机器人技术；在许多行业中，如金属框的制造已得到广泛的使用。因为弧焊机器人是一种集全部电弧焊接和辅助装置为一体的全柔性作业体系，它不再是单一的以一定速度和姿态来承载枪身运动的单一机械，因此对它的安全具有特殊的需求。电弧焊接过程中，枪械要随着焊接过程中的金属零件的移动，使焊接过程更加顺畅。所以，速度的可靠度和轨迹精确度是两大技术指标。由于射击姿态会对焊接质量产生一定的影响，因此通常需要在保持射击姿态的情况下，使射击姿态的调整范围尽可能大。每个部件的主要特征需求是： a）额定探测状态（电流；压力，转速等） b）移动功能 c）斜面厌充功能；d)焊接专用功能试验；e)焊缝传感器的界面特性（起始焊缝测量，焊接轨迹跟踪）。

　　2.3点焊工艺自动化机器人和弧焊机器人

　　长久以来，人们对不锈钢产品的需求已经达到了一个很高的水平，从而推动了其迅猛的发展。公司采用了不锈钢激光焊接机械手；在费用方面得到了很好的提高。也有人质疑，用不锈防腐蚀钢板做的激光焊接机器人，会是什么样子的？接下来，尔必地将会详细的为您讲解这种焊接机械臂的优势。由于焊接工作对人的视力有很大的影响，同时由于工人的工作时间较长，会对公司的生产造成很大的不利，因此，电焊机被大量使用。至于激光焊接设备，那就是专门用于焊接的。1.快速进深，小面积变化小。2.能在室温和特定环境下进行，与传统的雷射焊接相比，更加简单。所以，激光器需要采用非偏振的电磁技术；激光材料可以在真空，空气或其它气体的情况下进行焊接，也可以使用玻璃钢或对被光线击穿的金属材料进行焊接。3.可以焊接诸如钛等难熔化的金属，也可以焊接在不同的材质上，具有良好的焊接性能。4.当激光聚焦后，高功率器件的输出能量密度使其深度和宽度比例可高达5:1，最高可达10:1。5.能够焊接细小的焊接。激光在聚焦后可以获得微小的光斑和准确的位置，适用于批量、小面积工件的组合焊接。6.能焊接但不易触及的部分，可使用无接触或远程连接，具有很大的弹性。尤其近年来，将纤维转移技术引进 YAG的激光技术，使其不断发展和应用。7.激光能得到较好的时间和时间，能同时进行多道光束的加热和多站的加热，为焊接精度的提高奠定了基础。

　　在点焊工业机器人的控制中，汽车业是一个典型的应用领域，在装配车辆车身时，有60%的焊接点是由工业机器人来实现的。Z初点焊自动焊接机器人，只能完成强化焊接（在焊接完成的零件上增加焊接点），为了保证焊接精度，自动焊接机器人也会进行焊接。因此，对点焊机器人的要求越来越全面，尤其是：1）组装面积较少，工作面积较大；

　　2)能够迅速地进行多个位置的分节距离；3)高的位置精度，确保了焊接质量；4)夹重，便于夹入交流互感器的焊接夹具；5)电脑存储能力高，易于演示，节省时间；6)点焊作业机器人的速度符合流水线的要求，且具有良好的安全性和稳定性。

　　焊接机械手广泛用于各类汽车零部件焊接。在此方面，大弧焊机是我国大型机械企业的主要产品。该公司率先进行电弧焊接机器人的配套设备的研制，根据各行业的不同需求，自行制作整套设备中的微型机械设备，以及向大的工业机械公司采购或组建生产各类电弧焊接机械设备。在此方面，我国公司与国外的大型工业机械生产厂商是竞争者和合作者。最常用的电弧焊接机器人是用来制造电弧炉的；由微型机械手和手工送丝装置、电源连接装置等部分构成。通过计算机进行跟踪和定位的连续运行。此外，还可以利用纵向插值、曲线插值等方法将纵向和弧段构成的空间焊接接头进行了对接。当前的电弧焊接机器人分为两种，一种是熔化电极连接，一种是无电极连接，二是连接操作，保证连接作业的生产率、质量和稳定性。弧焊供电设备在科技进步的同时，也在不断地向高精度的方向发展。

　　在体系结构中，根据不同的焊接方法和特定的待焊工件与焊接过程的情况，可以有选择地延伸到以下的装置：送丝器、清枪器和剪丝器；冷却水泵，输送和加热设备（SAW时），移动设备，焊接变位机，热敏传感设备，除尘设备等。(1)为了改进其均匀度，维持和改进焊接质量。采用自动焊接机器人焊接时，焊接质量不会受到人体条件的影响，而且对工人的技术要求也不高，焊接质量也相对稳定。在焊接过程中，由于焊缝速度和干伸长等因素会发生变化，因此难以保证焊接过程中的均匀度。(2)增加了对劳工的需求。采用的是机械手，也就是利用机器来拆除零件，这样就可以防止弧光和烟雾溅到地面上。(3)可以极大地增加工作效率。这些机器人不会疲惫，一天24小时都可以生产，而且因为高精度的通讯技术，可以让它们之间的联系变得更加紧密。(4)具有清晰的生产时间，便于对产品的产率进行有效的管理。由于生产流程比较平稳，因此要制订生产计划非常清楚。(5)可以减少更换货物的修理周期，因此可以减少有关生产设备的投入。可以实现小型产品的自动焊接。机械臂与专用机械臂最大的不同之处在于，它可以调节程序，使之适应批量生产的多种产品。

　　第3章 机械手的发展动向

　　3.1网络化焊接作业机械臂的通讯

　　目前使用的焊接机器人大多是单机工作，而关于网络的网络联结技术的研究还很匮乏，缺少网络的管理能力，或是只是单纯的使用机械进行着重复工作。在当今通讯技术飞速发展的今天，网络上的焊接机械臂有着广阔的发展空间，而与之相连的因特网，也将极大地促进企业的远程经营。

　　3.2优化了焊接机器人的使用结构

　　从一开始，焊接机器人就专门针对焊接工艺设计，它的结构特性比较单一，但在其它应用领域却有一定的不足。在将来，高智能化的机械臂将完全取代单一的机械臂，因此，焊接机械臂也必将在结构和功能性方面取得突破性进展。

　　3.3焊接机器人的传感技术

　　在操作过程中，传感器具有很多的作用，通过传感器可以实现机械手的操作；速度等参数的监测，以及某些部位要求精确的焊接机械手会配备诸如激光传感器和空气传感器等。但是，在某些情况下，传感器的精度难以估计，如气象等，因此，今后的焊接作业机械臂的感测将以可视化为主；触摸和听觉都是人类智力的一部分。

　　焊接机械作为一种具有通用性好、运行稳定、焊接效率高的自动化焊接机械，它还能代替人工进行工作，根据焊接对象的大小，采用不同的焊接方式，青岛赛邦机械网为你介绍焊接机械臂的几大类型。焊接机器人主要焊接机械臂的种类有自动化程度、焊接工艺和性能指标等

　　1；按智力水平划分，可分为示范型和演示型；认识和认识的环境。最常用的是演示再现式的自动机械手，它是指操作者通过”示教”的方式，通过直接或间接的方式来记住示教者所学习的知识，并将其在一定的准确度之内重复地再现。

　　2、根据焊道的不同，智能激光焊机是主要的；其中包括：氩弧焊接机器人、智能化不锈钢焊缝机器人、点焊机器人、弧焊机器人等。点焊技术是一种智能的焊接技术，它具有较大的工作空间和较大的工作空间，配备专用的点枪装置，能够灵活准确地完成焊接工作；而弧焊机器人因其连续工作特性，需要连续跟踪监测，能够利用插补的功能，在焊接过程中形成连续的焊接轨迹；在高精度的前提下，智能激光焊接机器人通常会配合使用不同的焊机来提高其柔性，从而达到对大尺寸的复杂焊缝和柔性的要求。

　　3.根据其性能参数，以大尺寸的焊接机械臂为主；中型及中小型的焊接机械臂。同时，它还具有非标准的定制功能，满足用户的特殊需求，满足多种行业的连接，适用于汽车制造、工程机械、精密电子、市政建设、煤矿等行业，并可按用户的具体要求选用相应的产品。

　　3.4 重要特点

　　1)程序设计：6轴工业机械手的最大优势在于它能灵活起动，是一个重要的软硬件。由于工作条件的变化和加工件的变化，可以对各种类型的柔性加工制品进行重新设计。2)人性化：将人类和机器人特征相结合的6轴工业机械。六轴工业自动机器人的基础结构，如行走的机械手；腰部转动；大臂、小臂、手腕、手爪等部件，都是由电脑控制的。它的感应器还加强了对环境的适应性。3)通用性：适用于一般六轴工业机械臂，适用于各类工程工作。还有一些特殊的机械臂。4)机械和机械：六轴的工业机器人，由机械和电子技术结合而成。这些工业机器人拥有多种可以采集外界信息的感应器，具备记忆、语音、图像识别、逻辑推理等多种功能，这些都与当今的科技、特别是电脑有关。六轴工业机械臂的研发与生产，经历了数十年的发展，一整套的工业机器人研发与生产体系，也是非常完善的，各个厂家都可以互相模仿、改进、改进。

　　3.5关键技术

　　(1)增加工作面积的同时，增加了机械手的精度；(2)智能化控制体系的偏移补偿技术：针对集成加工机械手的工作场所较大、精度较高的要求，结合该特点，给出了非建模方法与基于模型方法的并联方案的复合式机械臂的补偿方案：采用了一种大的框架式框架，对数控机床的几何参量和非几何参量进行了修正。(3)精密机械臂的检测过程：利用三轴测量技术与人工智能技术，实现了机器人的准确、实时检测。(4)基于激光加工技术和机械臂的工作特点，设计了一种专用的激光加工机械手。(5)网络化和离线程序设计：具备串口、CAN等网络通讯功能，并能够完美地控制和管理机械设备的生产线；并在计算机中实现了对机器人技术的离线

　　3.5.1机器人操作机结构

　　利用有限元方法、结构分析与模拟方法，实现了机械臂结构的最优设计。开发用于改善机器负载/重量比例的新的高强度和轻型金属。举例来说，德国机械公司 kuka公司是一家具有代表性的工业机械公司，它已经将并行四边形零件转变为具有开链式结构的工业机械臂，大大扩展了其工作范围，并且由于其重量较小，采用了大量的铝合金材料，使得其工作效率得到了很大的提升。另外，采用了高性能的 RV传动减速装置及直流伺服马达，使得机械手与机械手间基本不需要维护。各组织也向模块化方向发展；可以在可再生等领域得到发展。例如，在铰链的模式下，伺服电机，减速器，监控控制系统等三个位置进行集成；利用组合的方式，将关节模板和连杆模块重构为机械臂；在海外已有装配式装配式机械的市场。机器人的内部构造更为灵活，而控制系统相对较少，二者逐渐走向了一个整体。它是由国内的工业机械手技术发展到 CNC技术的延伸，为今后实现两者的集成奠定了坚实的基础。开放、组合式的体系。为了标准化和网络化，在使用 PC的基础上，更上一层楼；随着电子设备一体化程度的不断提升，监测柜越来越小，采用了模块化结构；该系统使该控制器的安全、可靠、易操作、易维修等性能得到很好的改善。随着系统的不断完善，它的速度也越来越快，从六轴到二十七转，再到二十一转，再加上软件和数字控制。人机交互更加友好，程序语言和图形程序的开发也在进行之中。基于PC的网络控制系统已经成为一个研究的重点。在编程技术上，除增加联机编程的实用性之外，离线编程的可操作性成为研究的一个重要内容，一些应用中的离线程序的开发也得到了实际的应用。

　　3.5.2机器人传感技术

　　机器人是一种具有人类生理和感官能力的电脑操纵的精密仪器；具有灵活灵活的动态程序；具有充分的智能；可以在不依赖机器人的情况下，进行工作。而在自动机器人的操控中，有了一个重要的智能感测器，可以让机器人拥有与人类相似的感官和反应，从而更好地监控被操纵者与周围的环境，或者与其进行直接的接触，在其上安装有一个触觉感应器；力觉、接近觉、超声波和听觉，都大大改善了它的工作状态，使得它能更好地完成各种复杂的工作。

　　在20世纪50年代末，它发展迅猛，是当今最重要的一种自动控制系统。从六十年代起，机器视觉就是第一个研究出了建筑的结构，然后再发展出了一个能控制外部环境的模型。20世纪70年代末，也出现了一个实用的可视化体系。通常，视觉美术可以分成三个阶段：采集、加工、解读。与之相比，图像的阅读方式仍然落后。从设备部分来看，力觉机器的人感应器可以分为关节力传感器；手腕测试仪和手指测试仪。在世界范围内，腕关节传感器的研制始于二十世纪七十年代，主要的研究机构有XDRAPER研究所、SRI研究所、IBM集团、日立公司、东京大学等。接触是一种辅助的机械性的方法，它可以从接触物体表面的性质和物理性质，如柔软性、硬度、韧性、表面粗糙度、导热系数等等。触觉的科学在二十世纪八十年代早期才刚刚起步，到九十年代早期已经取得了很大的成就。而近感科技，则是为了让机器人在移动时，知道距离物体有多近，移动机械可以避开障碍物，而采用“零五”自动机械臂，可以降低因为速度太快造成的碰撞。声音（1）特定人群的声音辨识系统，是将每个特定的声音的特点集合起来，形成一个统一的单元（或者说单元），然后进行匹配。你要记得一种或多种的语言特征，而被确认的人所讲的内容不能是事先商定好的。特殊人的语音辨识技术可以判断出对方是否是预先确认过的人，并且会说出同样的话语。(2)非专一者的声音识别系统一般由语音识别、词义识别、数字发音（0至9）识别等组成。而对于非具体人而言，语言图像的辨识技术需要训练一个典型人物的语言特点，从而找到相同词汇的共性，这种训练方式往往是开放性的，能够不断地适应各种系统特性。在此基础上，利用相似的方式，对接收到的语音信号进行处理，得到其特性矩阵，并与标准模式进行对比。

　　第4章 六轴机器人的发展应用

　　4.1六轴机器人应用情况

　　六轴智能在电子、电力、工业、计算机等领域得到了广泛的运用；而六轴智能芯片在以上领域中应用的更广。在工业生产中，可视化的机械手，包含了分拣装箱、薄膜撕膜系统、激光塑料连接、高速四轴堆码自动机械手等，并将其用于接触屏检查、擦洗、贴膜等各个工序中的智能控制系统。区域内的所有机器人都是为满足国内、外厂商生产的需要，小型化、简单化的特性可使电子产品高精密组装，满足了电子产品组装过程的需要，其智能化工艺更是大幅增加产品效率。而据有关资料显示，如果将其进行机械研磨，其精确度将从87%提高到93%，因此无论是”机器手臂”还是机器人，都会在量产后提高其效率。二.六轴机械手在家用事业中得到了广泛的运用，其主要的设备应用范围是对经济和生产率要求更高的。降低加工成本，提高加工效能已经迫在眉睫，而实现自动化的解决方法可以帮助家电产品的加工流程的最优化。不管是大量的烘干机辊子，或是给浴盆上釉，采用自动化的机器人可以在制造，加热，搬运，计量和检查方面，都变得更为经济和有效。可连续、稳定地进行制造作业，无需频繁搬运重型零件。从而确保了生产流程中物料的顺畅流通，并且质量稳定。这些要素也很复杂：因为它具有很高的生产力、重复性和很好的视觉和触感，所以它可以应用到家电的各个领域。3、六轴机器人在汽车行业的应用实例，其直观的实例显示，中国的重卡公司在六轴机器人还没有引入的时候，一位工人可以同时管理两台机器。中重汽自2005年至2011年间，每年的年产量从四万多辆增至十五万辆，而其固定人员却只增加了约10%，而合约派遣工人的成长亦十分有限，主要是由于引入了工业机械。4.2六轴机器人的发展

　　4.2.1工位

　　工作站是一种较为简便的焊接方法，其焊点的位置也较为稳定，所以只要将其安装在工作面上，然后通过机械式传送机构将需要的机器转移到焊点上就可以了。对于某些需要位移的焊接装置，可以采用移动机器人进行位移，以保证焊接过程的顺畅。对于某些比较大或者比较复杂的联接过程，需要将各个不同的管道分开装配，以配合或联合完成整个工序，即所谓的设备生产线。根据作业特点，将其分为以下类型：

　　4.2.2生产线

　　所谓的“设备生产线”，就是将所有的自动机械臂按照流水线的方式进行连接，以确保上下两条焊缝之间的联系，而在各个部位，机器人负责一系列的工作，然后利用各自的能力，将需要的零件，精确地送入下一步，直至所有的连接工作都结束。使用该流水线方式进行的焊工可以大大减少企业的劳动力成本，并保证其工作的长期稳定，而且仅需要将少量的精力用于生产线上的机械和机械。它的具体应用体现在汽车制造中。如今，世界各地的汽车制造商都已经拥有了一定的规模，而那些用来运输汽车的钢筋骨架和要求有一定技术的工作已经被自动化的汽车焊接所代替。日本丰田公司率先引进了焊接机器人，代替了焊接工人，极大地改善了焊接质量，降低了产品的成本，迅速占领了日本的国际和X；意大利等汽车生产大国也纷纷效仿。中国现在生产的奇瑞汽车；传祺和哈弗等品牌的车型，也都是使用了全自动焊接技术，这让中国的自主品牌在质量上有了很大的提升。

　　结论

　　如今的世纪,中国科技蓬勃发展得日新月异,但由于科技的快速发展与提高,今后中国的机器人将会遇到更多的挫折和挑战，在此之前，先打好基础再发展科技创新。机器人现在在中国很多行业都有它的身影,我们必须要把握这样的机会使中国的机器人技术更加全面化,智能，市场化，本文从机器人的发展到机器人的分类关键技术发展与应用等几个方面进行整理和分析总结，这对之后那些想了解机器人的公司或者研究者具有一定的借鉴性和参考价值。

　　致谢

　　首先要谢谢汪剑老师的精心领导,让我得以很好的了解与运用知识,并在毕业论文设计中有所表现,也正是有了汪剑老师的悉心协助与鼓励,才使得我的毕业论文设计工作圆满完成

　　参考文献

　　工业机器人蒋刚/2011-01-01/西南交通大学出版社工业机器人应用基础张宪民，杨丽新，黄沿江　编著/2015-08-01/机械工业出版社机器人应用技术/孟繁华编著哈尔滨工业大学出版社8906TP242/25机器人控制基础/吴芳美主编中国铁道出版社1992TP242/35机器人原理及其应用/蔡自兴编著中南工业大学出版社1988TP242/19机器人机械设计/龚振邦等编著电子工业出版社1995TP242/42机器人技术及应用/吴瑞祥编著北京航空航天大学出版社1994TP24/6