焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業機器人。根據國際標準化組織（ISO）工業機器人屬于標準焊接機器人的定義，工業機器人是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機（Manipulator），具有三個或更多可編程的軸，用于工業自動化領域。為了適應不同的用途，機器人最后一個軸的機械接口，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執行器。焊接機器人就是在工業機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴涂。

焊接機器人簡介 

       隨著電子技術、計算機技術、數控及機器人技術的發展，自動焊接機器人, 從60年代開始用于生產以來，其技術已日益成熟，主要有以下優點：

1）穩定和提高焊接質量，能將焊接質量以數值的形式反映出來；

2）提高勞動生產率；

3）改善工人勞動強度，可在有害環境下工作；

4）降低了對工人操作技術的要求；

5）縮短了產品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資。

因此，在各行各業已得到了廣泛的應用。

焊接機器人組成結構：

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。圖1a、b表示弧焊機器人和點焊機器人的基本組成。

世界各國生產的焊接用機器人基本上都屬關節機器人，絕大部分有6個軸。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決工具姿態的不同要求。焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式：一種為平行四邊形結構，一種為側置式（擺式）結構，如圖2a、b所示。側置式（擺式）結構的主要優點是上、下臂的活動范圍大，使機器人的工焊接機器人示意圖

作空間幾乎能達一個球體。因此，這種機器人可倒掛在機架上工作，以節省占地面積，方便地面物件的流動。但是這種側置式機器人，2、3軸為懸臂結構，降低機器人的剛度，一般適用于負載較小的機器人，用于電弧焊、切割或噴涂。平行四邊形機器人其上臂是通過一根拉桿驅動的。拉桿與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊。故而得名。早期開發的平行四邊形機器人工作空間比較小（局限于機器人的前部），難以倒掛工作。但80年代后期以來開發的新型平行四邊形機器人（平行機器人），已能把工作空間擴大到機器人的頂部、背部及底部，又沒有測置式機器人的剛度問題，從而得到普遍的重視。這種結構不僅適合于輕型也適合于重型機器人。近年來點焊用機器人（負載100～150kg）大多選用平行四邊形結構形式的機器人。

上述兩種機器人各個軸都是作回轉運動，故采用伺服電機通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅動。在80年代中期以前，對于電驅動的機器人都是用直流伺服電機，而80年代后期以來，各國先后改用交流伺服電機。由于交流電機沒有碳刷，動特性好，使新型機器人不僅事故率低，而且免維修時間大為增長，加（減）速度也快。一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點（TCP）的最高運動速度可達3m/s以上，定位準確，振動小。同時，機器人的控制柜也改用32位的微機和新的算法，使之具有自行優化路徑的功能，運行軌跡更加貼近示教的軌跡。

焊接機器人特點：

點焊對焊接機器人的要求不是很高。因為點焊只需點位控制，至于焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴格要求，這也是機器人最早只能用于點焊的原因。

點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力，而且在點與點之間移位時速度要快捷，動作要平穩，定位要準確，以減少移位的時間，提高工作效率。點焊機器人需要有多大的負載能力，取決于所用的焊鉗形式。對于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負載的機器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長，電能損耗大，也不利于機器人將焊鉗伸入工件內部焊接；另一方面電纜線隨機器人運動而不停擺動，電纜的損壞較快。因此，目前逐漸增多采用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質量在70kg左右。考慮到機器人要有足夠的負載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進行焊接，一般都選用100～150kg負載的重型機器人。為了適應連續點焊時焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機器人增加了可在0.3s內完成50mm位移的功能。這對電機的性能，微機的運算速度和算法都提出更高的要求。

     焊接機器人結構設計：

      由于所設計的焊接機器人是在準平面、空間狹窄的環境下工作，為了保證機器人能根據電弧傳感器的偏差信息，跟蹤焊縫自動焊接，要求所設計的機器人應該結構緊湊、移動靈活且工作穩定．文中針對狹窄空間特點，開發了一種小型移動焊接機器人，根據機器人各結構的運動特點，運用模塊化設計方法，把機器人機構分為輪式移動平臺、焊炬調節機構和電弧傳感器三部分。其中，輪式移動平臺由于其慣性大，響應慢，主要對焊縫進行粗跟蹤，焊炬調節機構負責焊縫精確跟蹤，電弧傳感器完成焊縫偏差實時識別．另外，機器人控制器和電機驅動器集成安裝于機器人移動平臺上，使其體積更小。同時，為了減少惡劣焊接環境下粉塵對運動部件影響，采用全封閉式結構，提高其系統可靠性 。

       焊接機器人裝備： 
      點焊機器人的焊接裝備，由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以變壓器必須盡量小型化。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器，已經開始采用逆變技術把50Hz工頻交流變為600～700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進行二次整流，用直流電焊接。焊接參數由定時器調節，參見圖1b。新型定時器已經微機化，因此機器人控制柜可以直接控制定時器，無需另配接口。點焊機器人的焊鉗，通常用氣動的焊鉗，氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般只有兩級沖程。而且電極壓力一旦調定后是不能隨意變化的。近年來出現一種新的電伺服點焊鉗，如圖4所示。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動，碼盤反饋，使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定并預置。而且電極間的壓緊力也可以無級調節。這種新的電伺服點焊鉗具有如下優點：

1）每個焊點的焊接周期可大幅度降低，因為焊鉗的張開程度是由機器人精確控制的，機器人在點與點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點后，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位后焊鉗才閉合或焊鉗完全張開后機器人再移動；

2）焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整，只要不發生碰撞或干涉盡可能減少張開度，以節省焊鉗開度，以節省焊鉗開合所占的時間。

3）焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調節，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。 

             

焊接機器人焊接應用

 
    焊接機器人工作站（單元）

       如果工件在整個焊接過程中無需變位，就可以用夾具把工件定位在工作臺面上，這種系統既是最簡單不過的了。但在實際生產中，更多的工件在焊接時需要變位，使焊縫處在較好的位置（姿態）下焊接。對于這種情況，變位機與機器人可以是分別運動，即變位機變位后機器人再焊接；也可以是同時運動，即變位機一邊變位，機器人一邊焊接，也就是常說的變位機與機器人協調運動。這時變位機的運動及機器人的運動復合，使焊槍相對于工件的運動既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度及焊槍姿態的要求。實際上這時變位機的軸已成為機器人的組成部分，這種焊接機器人系統可以多達7-20個軸，或更多。最新的機器人控制柜可以是兩臺機器人的組合作12個軸協調運動。其中一臺是焊接機器人、另一臺是搬運機器人作變位機用。

         對焊接機器人工作站進一步細分，可得以下四種：

       1.1  箱體焊接機器人工作站是專門針對箱柜行業中，生產量大，焊接質量及尺寸要求高的箱體焊接開發的機器人工作站專用裝備。

       箱體焊接機器人工作站由弧焊機器人、焊接電源、焊槍送絲機構、回轉雙工位變位機、工裝夾具和控制系統組成。該工作站適用于各式箱體類工件的焊接，在同一工作站內通過使用不停的夾具可實現多品種的箱體自動焊接，焊接的相對位置高。由于采用雙工位變位機，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了焊接效率。由于采用了MIG脈沖過渡或CMT冷金屬過渡焊接工藝方式進行焊接，使焊接過程中熱輸入量大大減少，保證產品焊接后不變形，通過調整焊接規范和機器人焊接姿態，保證產品焊縫質量好，焊縫美觀，特別對于密封性要求高的不銹鋼氣室，焊接后保證氣室氣體不泄露。通過設置控制系統中的品種選擇參數并更換工作夾具，可實現多個品種箱體的自動焊接。

      用不同工作范圍的弧焊機器人和相應尺寸的變位機，工作站可以滿足焊縫長度在2000mm左右的各類箱體的焊接要求。焊接速度3－10mm/s，根據箱體基本材料，焊接工藝采用不同類型的氣體保護焊。該工作站還廣泛用于電力、電氣、機械、汽車等行業。

      1.2  不銹鋼氣室機器人柔性激光焊接加工設備是針對不銹鋼焊接變形量比較大，密封性要求高的箱體類工件焊接開發的的柔性機器人激光焊接加工設備。

該加工設備是由機器人、激光發生器機組、水冷卻機組、激光掃描跟蹤系統、柔性變位機、工裝夾具、安全護欄、吸塵裝置和控制系統等組成，通過設置控制系統中的品種選擇參數并更換工裝夾具，可實現多個品種的不銹鋼氣室類工件的自動焊接。

      1.3   軸類焊接機器人工作站是專門針對低壓電器行業中萬能式斷路器中的轉軸焊接開發的專用設備，推出了一套專用的轉軸焊接機器人工作站。      

       軸類焊接機器人工作站由弧焊機器人、焊接電源、焊槍送絲機構、回轉雙工位變位機、工裝夾具和控制系統組成。該工作站用于以轉軸為基體（上置若干懸臂）的各類工件的焊接，在同一工作站內通過使用不同的夾具可實現多品種的轉軸自動焊接。焊接的現對位置精度很高。由于采用雙工位變位機，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了效率。

      技術指標：轉軸直徑：Ф10－50mm，長度300－900mm，焊接速度3－5mm/s，焊接工藝采用MAG混合氣體保護焊，變位機回轉，變位精度達0.05mm。

      廣泛應用于高質量、高精度的以轉軸的各類工件焊接，適用于電力、電氣、機械、汽車等行業。如果采用手工電弧焊進行轉軸焊接，工人勞動強度極大，產品的一致性差，生產效率低，僅為2－3件/小時。采用自動焊接工作站后，產量可達到15－20件/小時，焊接質量和產品的一致性也大幅度的提高。

       1.4   機器人焊接螺柱工作站

       機器人焊接螺柱工作站針對復雜零件上具有不同規格螺柱采用機器人將螺柱焊接到工件上。該工作站主要由機器人、螺柱焊接電源、自動送釘機、機器人自動螺柱焊槍、變位機、工裝夾具、自動換槍裝置、自動檢測軟件、控制系統和安全護欄等組成，通過自動送釘機將螺柱送到機器人自動焊槍里面，通過編程將機器人在工件上示教的路徑，將不同規格的螺柱焊接到工件上。可以采用儲能焊接或拉弧焊接將螺柱牢牢的焊接到工件上，保證焊接精度和焊接強度。焊接效率大約3-10個/分鐘，螺柱規格：直徑3-8mm，長度：5-40mm。

         焊接機器人生產線

      焊接機器人生產線比較簡單的是把多臺工作站（單元）用工件輸送線連接起來組成一條生產線。這種生產線仍然保持單站的特點，即每個站只能用選定的工件夾具及焊接機器人的程序來焊接預定的工件，在更改夾具及程序之前的一段時間內，這條線是不能焊其他工件的。

       另一種是焊接柔性生產線（FMS-W）。柔性線也是由多個站組成，不同的是被焊工件都裝卡在統一形式的托盤上，而托盤可以與線上任何一個站的變位機相配合并被自動卡緊。焊接機器人系統首先對托盤的編號或工件進行識別，自動調出焊接這種工件的程序進行焊接。這樣每一個站無需作任何調整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線一般有一個軌道子母車，子母車可以自動將點固好的工件從存放工位取出，再送到有空位的焊接機器人工作站的變位機上。也可以從工作站上把焊好的工件取下，送到成品件流出位置。整個柔性焊接生產線由一臺調度計算機控制。因此，只要白天裝配好足夠多的工件，并放到存放工位上，夜間就可以實現無人或少人生產了。

       工廠選用哪種自動化焊接生產形式，必須根據工廠的實際情況及素要而定。焊接專機適合批量大，改型慢的產品，而且工件的焊縫數量較少、較長，形狀規矩（直線、圓形）的情況；焊接機器人系統一般適合中、小批量生產，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較復雜。柔性焊接線特別適合產品品種多，每批數量又很少的情況，目前國外企業正在大力推廣無（少）庫存，按訂單生產（JIT）的管理方式，在這種情況下采用柔性焊接線是比較合適的。

          焊接機器人在汽車生產中應用

       焊接機器人目前已廣泛應用在汽車制造業，汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接，尤其在汽車底盤焊接生產中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點焊作為標準來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。用這種技術可以提高焊接質量，因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業。在短距離內的運動時間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機器人，用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起，共同對車體上部進行加工，從而縮短了整個焊接生產線長度。國內生產的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構件采用沖壓焊接，板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質量要求相當高，其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應用機器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內在質量，并保證了質量的穩定性和降低勞動強度，改善了勞動環境。

          焊接機器人在水下的應用

        作為海洋工程裝備技術的重要組成部分，海洋焊接如今已成為海洋資源開發和海洋工程建設不可缺少的基礎和支撐技術。經過大量的工藝試驗和配方調整，研發的焊接材料以及水下焊接專用設備，已成功應用于勝利油田海上采油平臺、港珠澳大橋等海洋工程。