工業機器人焊接原理與焊接程序分析

羅愷 王忠科 范梅梅

摘要：在工業化進程不斷加快的發展中，我國機器人技術也得到了極大的發展，并在工業領域獲得了十分廣泛的應用?；诖?，本文主要結合工業機器人及其構成，對工業機器人的焊接原理及程序進行了分析。

關鍵詞：工業機器人;焊接原理;焊接程序

中圖分類號：TP242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0074-02

0? 引言

作為應用于工業領域的機器人，工業機器人具有較高的靈活性，具備多關節機械手的機器裝置，能夠依賴于自身動力能源以及控制功能達到加工制造的作用。目前工業機器人在物流、電子、化工等多個領域都得到了比較廣泛的應用，對提升工業企業效率，促進產品質量提升、降低成本等都具有非常重要的意義。

1? 工業機器人概述

在現代工業高速發展的進程中，為了有效提升工業生產質量與效率，工業機器人的引進已是推進工業發展的必然趨勢，這種面向工業領域的機器裝置，往往可以更加靈活的執行相關程序設定的工作，并能夠依靠控制能力與自身動力實現工業領域需要的各種功能。在工業領域的實際應用中，工業機器人既能夠直接接受指揮，也能夠依據人們事先安排好的程序執行相關指令，實現相應的功能;除此之外，在現代化先進技術的支持下，工業機器人還可以與人工智能技術進行有機融合，從而實現更多不同的功能與操作。在工業領域的發展中，機器人具有十分廣泛的應用，特別是在汽車零部件制造及汽車相關行業，機器人的應用價值十分顯著。就目前工業機器人的發展來說，其作為各國政府財政扶持的重點項目，是具有極大發展空間的新興產業之一[1]。

通常情況下，工業機器人主要有三個部分，即機械、控制及傳感三部分;這三個部分又可分為六個系統：

第一，機械結構系統。從這一部分來看，可在大體上將工業機器人分為并聯機器人與串聯機器人。在我國早期應用的工業機器人中，采用串聯機構的相對更多;但就目前來說，使用并聯機構的工業機器人逐漸增加，從并聯機構上來說，主要需通過動平臺、定平臺，以兩個獨立運動鏈將其連接，如此一來，該機構同時具備兩個（或以上）自由度，能夠在并聯驅動下形成閉環結構。另外，在并聯機構中，其主要構成包含了手腕、手臂等部分，其中手腕主要負責主體與工具的連接，而手臂活動區相對影響空間較大。通過對比串聯機器人與并聯機器人也能夠發現，后者具有更大的承載能力，其剛度也更大，運動負荷更小，結構更穩定，更適合現階段的工業機器人應用。

第二，驅動系統。這一系統主要需向機械結構提供動力。結合動力源的區別，一般可將該系統分為氣壓式、液壓式、機械式、電氣式等四種。在早期應用中，多采用液壓驅動式工業機器人，但液壓系統在使用中存在噪聲、泄露以及低速不穩等情況，因而現階段僅有大型重載機器人或一些特殊場合應用中使用液壓驅動方式。就現階段而言，在工業機器人中應用最多的就是電力驅動方式，這一驅動形式響應更快，驅動力也更大，同時其電源取用更加方便，并具有更方便的檢測、傳遞、處理信號能力，可在多種不同的控制方式下進行便捷、靈活的應用，正是因為這些優勢，其應用相對來說也最為廣泛。

第三，感知系統。該系統能夠將環境信息、機器人內部信息等經信號轉變為機器間能夠理解并應用的信息和數據，除這些相關信號外，該系統還需要感知速度、力、位移等與自身工作狀態相關的機械量，在工業機器人現階段的研發中，視覺感知技術是非常關鍵的一個方面。作為反饋視覺信號的視覺伺服系統，該系統可有效控制機器人的姿態與位置，在工業領域的應用中，該系統可廣泛應用于多個方面，諸如工件識別、檢測質量、分揀食品以及商品包裝等方面。

第四，控制系統。該系統主要可結合傳感器反饋的信號以及作業指令，支配機器人的執行機構，并通過相關指令的支配，指示機器人相關機構行動，進而實現規定功能。在工業機器人的行動中，若不具備相應的信息反饋功能，一般可將其視為開環控制系統;反之，即為閉環控制系統。

此外，在工業機器人控制系統中，由于控制原理的不同，還可將其劃分為以下三種：①程序控制系統;②人工智能控制系統;③適應性控制系統。由于控制運動形式的不同可分為以下兩種：①點位控制;②連續軌跡控制。

第五，人機交互系統。這一系統主要能夠實現將人與機器人進行關聯，并可通過相關程序的設置，實現人員對機器人的控制。例如：計算機標準終端、信息顯示板、危險報警裝置等都是人機交互系統功能的體現。

第六，機器人-環境交互系統。在工業機器人設計中，這一系統十分關鍵，能夠顯著發揮協調與聯系機器人與外部環境的作用。其主要表現一般為功能單元的集成，比如：加工制造單元、裝配單元、焊接單元等。此外，在實際設計、應用中，還可以同時借助多臺機器人，將其設計集成為相對復雜的功能單元，完成復雜的指令。

2? 工業機器人焊接原理分析

熔接，即焊接，主要是將兩種（及以上）同種或不同種材料經過加壓、加熱（也可加壓與加熱同時進行），達到促使兩工件原子間產生結合的一種加工與聯接方式[2]。目前，在多個領域的生產與加工中都會用到焊接技術，該技術作為現代先進制造行業中的重要技術，不僅在工業制造中具有重要作用，在石化、煤炭、礦山、建筑、輕工紡織等多個國民經濟領域都有極大的應用價值。而在工業機器人的加工制造中，焊接技術也是必不可少的機械技術之一。

從構成工業機器人焊接系統的部分來看，在操作中主要涉及兩大部分，其一焊接設備;其二機器人。在這兩部分中，組成機器人的主要構件有：

①控制柜（硬件及軟件）;

②機器人本體兩部分。

從焊接設備方面來說（本文主要以電焊與弧焊為例），主要包含以下幾部分組成：

①焊接電源（控制系統）;

②焊槍（鉗）;

③送絲機（弧焊）等。

對于智能機器人而言，在實際設計中還包含一些傳感裝置以及控制裝置，如攝像、激光傳感器等。另外，在具體進行焊接操作的過程中，需應用到專用的焊接輔助設備——焊接變位機，該設備能夠靈活的應用于回轉工作的焊接變位，并以理想的焊接姿態、位置、速度進行焊接。一般情況下，這一設備的主要構成主要包含兩部分：①工作臺回轉機構;②翻轉機構。在實際應用中可借助工作臺的升降、回轉、翻轉，實現將固定在工作臺上的工件置于需要的焊接角度，具有良好的定位能力，同時還可以獲得非常理想的焊接效果。

從機器人焊接原理方面來看，具體焊接中，一般需結合外部數字焊機（或模擬焊機）與機器人本體組合，在其內部以GSK-Link總線通信方式，以及虛擬、標準I/O口，促使機器人結合指令，對機械手臂及焊機進行控制，從而完成焊接操作。具體如下：

①焊接指令：ARCON;

②焊接功能：將引弧條件與引弧指令輸入到焊機;

③焊接格式：AV電壓，ARCON AC電流，T時間，V速度;

④焊接參數：電壓 AV：0.0～50.0V;電流 AC：0.0～999.0A;定時器 T：0.0～99.0s;速度 V：0.0～4000.0mm/s;

⑤說明：a：指令執行后，需通過焊機電源，將開關打開，進而結合設定好的電流電壓，實現起弧;b：執行起弧后，以指令制定速度執行;c：定時器T的設定為起弧后延時到設定時間后再執行插補動作的時間延時。

在機器人焊接中，為了確保應用安全，可通過設置并啟動“轉換+應用”鍵，達到激發應用的效果。在該應用得以啟動后，其示教盒界面下一般會顯示“應用有效”;在此條件下，還需要繼續點擊“轉換+應用”鍵，進而達到禁用該應用的效果。此外，不論焊接指令使能與否，只要機器人仍處于示教模式，機器人系統就不會接收焊接指令，能夠跳過該執行指令。對于點動送絲、抽絲等焊機控制系統而言，通常需要保證機器人當下的模式為示教模式，并且焊機指令處于使能條件，才會執行相關指令，完成相關操作[3]。

3? 工業機器人焊接程序分析

在具體焊接中，一般可將焊接程序分為下述幾個環節：

第一，安裝與加緊工件：這一環節需應用平板焊接夾具，放置工件并固定;第二，新建程序：這一環節需在示教盒啟動“程序管理”，并新建程序;第三，ARCON指令;第四，對焊接參數記性修改：這一環節需要結合焊接材料，修改與設置焊接參數;第五，確定熄弧點：將TCP移動到工件上的熄弧點，同時輸入ARCOF指令;第六，將焊槍放回安全（或規定）位置;第七，在示教模式下對程序進行核查：首先，按住“使能開關”然后按“前進”，使編寫程序處于空載運行狀態，要在確定機器人TCP處于正確的運動軌跡，進而才能啟動自動焊接程序;第八，再現運行：在機器運行到安全區域，將焊絲干伸長度、保護氣流量進行調整;移動光標到第一行程序處，切換成“再現模式”;開啟伺服使能，啟動“轉換+應用”鍵;按“啟動”鍵，使程序能夠被自動激發并運行。

結合上述焊接程序，在完整焊接中，從程序初始到終止一般需經過10個具體流程，現說明如下：

①程序開頭：MAIN;

②移動至待機區域：MOVJP1，V5 0，Z0;

③移動至焊接開始區域：MOVJP2，V50，Z0;

④移動至焊接點：MOVJP3，V50，Z0;

⑤開始引弧、焊接：ARCONAC200，AV24，V50，T1;

⑥移動至焊接結束區域：MOVJP4，V50，Z0;

⑦熄弧，結束焊接：ARCOFFAC150，AV22，T1;

⑧移動至焊接結束區域：MOVJP5，V50，Z0;

⑨移動至安全位置：MOVJP6，V50，Z0;

⑩結束程序：END。

此外，在工業機器人焊接中，一般還需要注意焊槍操作基礎、機器運行角度以及電壓電流操作等，在實際操作、程序設定中，必須要確保相關操作都處于準確正常的狀態，才能夠在最大程度上避免出現焊接偏差。一旦出現偏差，需要及時調整角度以退后法進行焊接加以調整[4]。

4? 結語

綜上，伴隨我國工業化進程的不斷加快，機器人在工業領域的應用也愈加頻繁。對此，本文主要結合工業機器人的焊接原理對其焊接程序進行了具體分析，希望能夠為工業機器人焊接質量的提升提供一些參考。

參考文獻：

[1]姚雪瓊.工業機器人焊接原理與焊接程序探討[J].科技資訊，2018，016（021）：77-78.

[2]常博學，黃靜月.基于安川工業機器人的焊接系統設計[J]. 自動化應用，2019（001）：103-104.

[3]林偉慶.工業機器人自動焊接系統應用與焊接質量控制[J]. 建筑工程技術與設計，2018（015）：1258.

[4]羅智蕓，李麗秀.基于視覺的工業機器人自動焊接引導研究[J].焊接技術，2018，47（08）：75-79.