机器人及自动化焊接技术.ppt
机器人焊接技术机器人焊接技术1内内 容容一、焊接自动化发展历程一、焊接自动化发展历程 二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理三、机器人焊接系统的组成及特点三、机器人焊接系统的组成及特点2一、焊接自动化发展历程一、焊接自动化发展历程 焊接是制造业中非常重要的工艺技术之一，与其他工艺一样，焊接工艺追求焊接是制造业中非常重要的工艺技术之一，与其他工艺一样，焊接工艺追求的的目标：质量、的的目标：质量、 效率。体现在其发展历程中。效率。体现在其发展历程中。 1889-18901889-1890年：美国人年：美国人C L CoffinC L Coffin首次使用光焊丝作电极进行了电弧焊接。首次使用光焊丝作电极进行了电弧焊接。 19071907年：瑞典人年：瑞典人O Kjellberg O Kjellberg 发明了药皮焊条，焊接过程稳定，焊缝质量发明了药皮焊条，焊接过程稳定，焊缝质量得到提高，但效率低。得到提高，但效率低。3一、焊接自动化发展历程一、焊接自动化发展历程19411941年：美国人年：美国人Meredith Meredith 发明了钨极惰性气体保护焊（发明了钨极惰性气体保护焊（TIGTIG），），在焊接有色在焊接有色金属方面质量提高了很多，仍然是低效率。金属方面质量提高了很多，仍然是低效率。19411941年：前苏联年：前苏联PatonPaton电焊研究所发明了埋弧自动焊，是一种质量稳定、效电焊研究所发明了埋弧自动焊，是一种质量稳定、效率高的方法，当时为二战焊接了大批的坦克及装甲车。率高的方法，当时为二战焊接了大批的坦克及装甲车。4一、焊接自动化发展历程一、焊接自动化发展历程19501950年：美国人年：美国人MullerMuller等人发明了熔化极气体保护焊等人发明了熔化极气体保护焊19601960年：美国的年：美国的Airco Airco 提出熔化极脉冲气体保护焊，焊接效率及焊接质量均提出熔化极脉冲气体保护焊，焊接效率及焊接质量均得到了提高。得到了提高。5一、焊接自动化发展历程一、焊接自动化发展历程2020世纪世纪7070年代：工业机器人技术被应用到焊接领域，焊接自动化程度发生了年代：工业机器人技术被应用到焊接领域，焊接自动化程度发生了质的飞跃，焊接质量及效率得到进一步提高。质的飞跃，焊接质量及效率得到进一步提高。早期的焊接自动化程度低，基本是手工操作，产品质量不稳定，甚至出现某早期的焊接自动化程度低，基本是手工操作，产品质量不稳定，甚至出现某个产品只能由某个人或某几个人完成的情况，出现了个产品只能由某个人或某几个人完成的情况，出现了“王麻子菜刀王麻子菜刀”、“张张小泉剪刀小泉剪刀”、“张氏陀螺张氏陀螺”。手工操作受操作人员情绪等个人状态的影响，产品质量不稳定。所以现代企手工操作受操作人员情绪等个人状态的影响，产品质量不稳定。所以现代企业要尽量摆脱这种对专门人员的依赖，采用自动化的机器设备来保证产品质业要尽量摆脱这种对专门人员的依赖，采用自动化的机器设备来保证产品质量及效率。量及效率。6一、焊接自动化发展历程一、焊接自动化发展历程根据对产品的适应能力，焊接自动化系统可以分为：根据对产品的适应能力，焊接自动化系统可以分为： “刚性刚性”自动化系统自动化系统，也称专机，主要针对大批量定型产品，特点为成，也称专机，主要针对大批量定型产品，特点为成本低、效率高，但适应的产品单一。一旦产品换型，生产线就要更换。本低、效率高，但适应的产品单一。一旦产品换型，生产线就要更换。 “柔性柔性”自动化系统自动化系统，主要指通过编程可改变操作的机器，产品换型时，主要指通过编程可改变操作的机器，产品换型时，只需通过改变相应程序，便可适应新产品。机器人属于典型的具有柔，只需通过改变相应程序，便可适应新产品。机器人属于典型的具有柔性的设备。性的设备。 随着市场经济的快速发展，企业的产品从单一品种大批量生产变为多品随着市场经济的快速发展，企业的产品从单一品种大批量生产变为多品种小批量，要求生产线具有更大的柔性。所以焊接机器人在生产中的应用越种小批量，要求生产线具有更大的柔性。所以焊接机器人在生产中的应用越来越广泛，来越广泛，机器人焊接已成为焊接自动化的发展趋势机器人焊接已成为焊接自动化的发展趋势。 机器人是什么样的装置呢？机器人是什么样的装置呢？7二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理“Robot”的来源的来源 1920年，捷克作家年，捷克作家Karel Capek的科幻剧的科幻剧Rossums Universal Robots（罗萨姆的万能罗萨姆的万能机器人），剧中描写了一批能从事各项劳动、听机器人），剧中描写了一批能从事各项劳动、听命于人的机器，取名为命于人的机器，取名为“Robota”（捷克语），捷克语），含义为：含义为：forced worker （奴隶）。奴隶）。 英语：英语：Robot 德语：德语：Robot 日语：日语： 俄语：俄语： 汉字：机器人汉字：机器人 Karel CapekKarel Capek（1890189019381938）8二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理机器人的定义：国际上对机器人的定义很多机器人的定义：国际上对机器人的定义很多 The Webster dictionary (Webster, 1993) : “An automatic device that performs functions normally ascribed to humans or a machine in the form of a human.” 一个自动化设备，它一个自动化设备，它能执行通常由人执行的任务；或一个人型的机器能执行通常由人执行的任务；或一个人型的机器 美国机器人学会美国机器人学会（The Robot Institute of America，1979) : “A reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools, or specialized devices through various programmed motions for the performance of a variety of tasks.” 一一个可再编程的多功能操作器，用来移动材料、零部件、工具等；或个可再编程的多功能操作器，用来移动材料、零部件、工具等；或一个通过编程用于完成各种任务的专用设备。一个通过编程用于完成各种任务的专用设备。 ISO，1987：工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。业的可编程操作机。9二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理 19541954年，美国人乔治德沃尔设计了第一台可编程的工业机器人，年，美国人乔治德沃尔设计了第一台可编程的工业机器人， 到到20052005年全世界在役工业机器人约年全世界在役工业机器人约9292万台，预计到万台，预计到20092009年将增加到约年将增加到约110110万台。万台。10二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理主要机器人厂家主要机器人厂家日本：日本：MotomanMotoman、OTCOTC、PanasonicPanasonic、FANUCFANUC等等美国：美国：AdeptAdept等等欧洲：奥地利欧洲：奥地利IGMIGM、德国德国CLOOSCLOOS、KUKAKUKA、瑞典瑞典ABBABB韩国：韩国：HYUNDAIHYUNDAIFANUC11二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理机器人分类：机器人分类：按照技术水平划分：按照技术水平划分： 第一代：示教再现型，具有记忆能力。第一代：示教再现型，具有记忆能力。 第二代：初步智能机器人，对外界有反馈能力。第二代：初步智能机器人，对外界有反馈能力。 第三代：智能机器人，具有高度的适应性，有自行学习、推理、决策第三代：智能机器人，具有高度的适应性，有自行学习、推理、决策等功能。等功能。按照应用领域划分：按照应用领域划分： 工业机器人，面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。工业机器人，面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。 特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下机器人特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下机器人、农业机器人、军用机器人等、农业机器人、军用机器人等12二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理13二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理自由度自由度（degree of freedomdegree of freedom， DOF DOF ）, ,物体能够对坐标系进行独立运动物体能够对坐标系进行独立运动的数目称为自由度，对于自由刚体，具有的数目称为自由度，对于自由刚体，具有6 6个自由度。通常作为机器人的个自由度。通常作为机器人的技术指标，反映机器人灵活性，对于焊接机器人一般具有技术指标，反映机器人灵活性，对于焊接机器人一般具有5 56 6个自由度个自由度位姿位姿（PosePose），），指工具的位置和姿态。指工具的位置和姿态。末端操作器末端操作器（End EffectorEnd Effector），），位于机器人腕部末端，直接执行工作要求的装置，如夹持器、焊枪、焊位于机器人腕部末端，直接执行工作要求的装置，如夹持器、焊枪、焊钳等钳等额定负载额定负载（PayloadPayload），），也称为持重也称为持重弧焊机器人：弧焊机器人：5 52020kgkg点焊机器人：点焊机器人：5050200200kgkg工业机器人常用术语：工业机器人常用术语：14二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理工作空间工作空间（Working SpaceWorking Space），），机器人工作时，其腕轴交点能在空间活动机器人工作时，其腕轴交点能在空间活动的范围。的范围。重复位姿精度重复位姿精度（Pose RepeatabilityPose Repeatability），），在同一条件下，重复在同一条件下，重复N N次所测得次所测得的位姿一致程度。的位姿一致程度。工业机器人常用术语：工业机器人常用术语：15二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理 一般可以将机器人看作是一个开链式多连杆机构，始端连杆就是机器人的机一般可以将机器人看作是一个开链式多连杆机构，始端连杆就是机器人的机座，末端连杆与工具相连，相邻连杆之间用一个关节连接在一起。座，末端连杆与工具相连，相邻连杆之间用一个关节连接在一起。运动学正问题：已知各关节角值，求工具在空间的位置和姿态。实际上，运动学正问题：已知各关节角值，求工具在空间的位置和姿态。实际上，这是建立运动学方程的过程。这是建立运动学方程的过程。运动学逆问题：已知工具的位姿，求各关节角值，这是求解运动学方程的运动学逆问题：已知工具的位姿，求各关节角值，这是求解运动学方程的问题。问题。机器人运动学：机器人运动学：16二、机器人基本知识、基本原理二、机器人基本知识、基本原理 对于一个对于一个6自由度机器人，有自由度机器人，有6个连杆和个连杆和6个关节组成。编号时，机个关节组成。编号时，机座称为连杆座称为连杆0，不包含在这，不包含在这6个连杆个连杆内，连杆内，连杆1与机座由关节与机座由关节1相连，连相连，连杆杆2通过关节通过关节2与连杆与连杆1相连，依此类相连，依此类推。推。关节关节1 1关节关节2 2关节关节3 3关节关节4 4关节关节5 5关节关节6 6连杆连杆0 0连杆连杆1 1连杆连杆2 2连杆连杆3 3连杆连杆4 4连杆连杆5 5连杆连杆6 6 如前所述，可以将机器人看作如前所述，可以将机器人看作是一个开链式多连杆机构，始端连是一个开链式多连杆机构，始端连杆就是机器人的机座，末端连杆与
