工业机器人焊接原理与焊接程序分析

罗恺 王忠科 范梅梅

摘要：在工业化进程不断加快的发展中，我国机器人技术也得到了极大的发展，并在工业领域获得了十分广泛的应用。基于此，本文主要结合工业机器人及其构成，对工业机器人的焊接原理及程序进行了分析。

关键词：工业机器人;焊接原理;焊接程序

中图分类号：TP242.2                                    文献标识码：A                                     文章编号：1674-957X（2020）20-0074-02

0  引言

作为应用于工业领域的机器人，工业机器人具有较高的灵活性，具备多关节机械手的机器装置，能够依赖于自身动力能源以及控制功能达到加工制造的作用。目前工业机器人在物流、电子、化工等多个领域都得到了比较广泛的应用，对提升工业企业效率，促进产品质量提升、降低成本等都具有非常重要的意义。

1  工业机器人概述

在现代工业高速发展的进程中，为了有效提升工业生产质量与效率，工业机器人的引进已是推进工业发展的必然趋势，这种面向工业领域的机器装置，往往可以更加灵活的执行相关程序设定的工作，并能够依靠控制能力与自身动力实现工业领域需要的各种功能。在工业领域的实际应用中，工业机器人既能够直接接受指挥，也能够依据人们事先安排好的程序执行相关指令，实现相应的功能;除此之外，在现代化先进技术的支持下，工业机器人还可以与人工智能技术进行有机融合，从而实现更多不同的功能与操作。在工业领域的发展中，机器人具有十分广泛的应用，特别是在汽车零部件制造及汽车相关行业，机器人的应用价值十分显著。就目前工业机器人的發展来说，其作为各国政府财政扶持的重点项目，是具有极大发展空间的新兴产业之一[1]。

通常情况下，工业机器人主要有三个部分，即机械、控制及传感三部分;这三个部分又可分为六个系统：

第一，机械结构系统。从这一部分来看，可在大体上将工业机器人分为并联机器人与串联机器人。在我国早期应用的工业机器人中，采用串联机构的相对更多;但就目前来说，使用并联机构的工业机器人逐渐增加，从并联机构上来说，主要需通过动平台、定平台，以两个独立运动链将其连接，如此一来，该机构同时具备两个（或以上）自由度，能够在并联驱动下形成闭环结构。另外，在并联机构中，其主要构成包含了手腕、手臂等部分，其中手腕主要负责主体与工具的连接，而手臂活动区相对影响空间较大。通过对比串联机器人与并联机器人也能够发现，后者具有更大的承载能力，其刚度也更大，运动负荷更小，结构更稳定，更适合现阶段的工业机器人应用。

第二，驱动系统。这一系统主要需向机械结构提供动力。结合动力源的区别，一般可将该系统分为气压式、液压式、机械式、电气式等四种。在早期应用中，多采用液压驱动式工业机器人，但液压系统在使用中存在噪声、泄露以及低速不稳等情况，因而现阶段仅有大型重载机器人或一些特殊场合应用中使用液压驱动方式。就现阶段而言，在工业机器人中应用最多的就是电力驱动方式，这一驱动形式响应更快，驱动力也更大，同时其电源取用更加方便，并具有更方便的检测、传递、处理信号能力，可在多种不同的控制方式下进行便捷、灵活的应用，正是因为这些优势，其应用相对来说也最为广泛。

第三，感知系统。该系统能够将环境信息、机器人内部信息等经信号转变为机器间能够理解并应用的信息和数据，除这些相关信号外，该系统还需要感知速度、力、位移等与自身工作状态相关的机械量，在工业机器人现阶段的研发中，视觉感知技术是非常关键的一个方面。作为反馈视觉信号的视觉伺服系统，该系统可有效控制机器人的姿态与位置，在工业领域的应用中，该系统可广泛应用于多个方面，诸如工件识别、检测质量、分拣食品以及商品包装等方面。

第四，控制系统。该系统主要可结合传感器反馈的信号以及作业指令，支配机器人的执行机构，并通过相关指令的支配，指示机器人相关机构行动，进而实现规定功能。在工业机器人的行动中，若不具备相应的信息反馈功能，一般可将其视为开环控制系统;反之，即为闭环控制系统。

此外，在工业机器人控制系统中，由于控制原理的不同，还可将其划分为以下三种：①程序控制系统;②人工智能控制系统;③适应性控制系统。由于控制运动形式的不同可分为以下两种：①点位控制;②连续轨迹控制。

第五，人机交互系统。这一系统主要能够实现将人与机器人进行关联，并可通过相关程序的设置，实现人员对机器人的控制。例如：计算机标准终端、信息显示板、危险报警装置等都是人机交互系统功能的体现。

第六，机器人-环境交互系统。在工业机器人设计中，这一系统十分关键，能够显著发挥协调与联系机器人与外部环境的作用。其主要表现一般为功能单元的集成，比如：加工制造单元、装配单元、焊接单元等。此外，在实际设计、应用中，还可以同时借助多台机器人，将其设计集成为相对复杂的功能单元，完成复杂的指令。

2  工业机器人焊接原理分析

熔接，即焊接，主要是将两种（及以上）同种或不同种材料经过加压、加热（也可加压与加热同时进行），达到促使两工件原子间产生结合的一种加工与联接方式[2]。目前，在多个领域的生产与加工中都会用到焊接技术，该技术作为现代先进制造行业中的重要技术，不仅在工业制造中具有重要作用，在石化、煤炭、矿山、建筑、轻工纺织等多个国民经济领域都有极大的应用价值。而在工业机器人的加工制造中，焊接技术也是必不可少的机械技术之一。

从构成工业机器人焊接系统的部分来看，在操作中主要涉及两大部分，其一焊接设备;其二机器人。在这两部分中，组成机器人的主要构件有：

①控制柜（硬件及软件）;

②机器人本体两部分。

从焊接设备方面来说（本文主要以电焊与弧焊为例），主要包含以下几部分组成：

①焊接电源（控制系统）;

②焊枪（钳）;

③送丝机（弧焊）等。

对于智能机器人而言，在实际设计中还包含一些传感装置以及控制装置，如摄像、激光传感器等。另外，在具体进行焊接操作的过程中，需应用到专用的焊接辅助设备——焊接变位机，该设备能够灵活的应用于回转工作的焊接变位，并以理想的焊接姿态、位置、速度进行焊接。一般情况下，这一设备的主要构成主要包含两部分：①工作台回转机构;②翻转机构。在实际应用中可借助工作台的升降、回转、翻转，实现将固定在工作台上的工件置于需要的焊接角度，具有良好的定位能力，同时还可以获得非常理想的焊接效果。

从机器人焊接原理方面来看，具体焊接中，一般需结合外部数字焊机（或模拟焊机）与机器人本体组合，在其内部以GSK-Link总线通信方式，以及虚拟、标准I/O口，促使机器人结合指令，对机械手臂及焊机进行控制，从而完成焊接操作。具体如下：

①焊接指令：ARCON;

②焊接功能：将引弧条件与引弧指令输入到焊机;

③焊接格式：AV电压，ARCON AC电流，T时间，V速度;

④焊接参数：电压 AV：0.0～50.0V;电流 AC：0.0～999.0A;定时器 T：0.0～99.0s;速度 V：0.0～4000.0mm/s;

⑤说明：a：指令执行后，需通过焊机电源，将开关打开，进而结合设定好的电流电压，实现起弧;b：执行起弧后，以指令制定速度执行;c：定时器T的设定为起弧后延时到设定时间后再执行插补动作的时间延时。

在机器人焊接中，为了确保应用安全，可通过设置并啟动“转换+应用”键，达到激发应用的效果。在该应用得以启动后，其示教盒界面下一般会显示“应用有效”;在此条件下，还需要继续点击“转换+应用”键，进而达到禁用该应用的效果。此外，不论焊接指令使能与否，只要机器人仍处于示教模式，机器人系统就不会接收焊接指令，能够跳过该执行指令。对于点动送丝、抽丝等焊机控制系统而言，通常需要保证机器人当下的模式为示教模式，并且焊机指令处于使能条件，才会执行相关指令，完成相关操作[3]。

3  工业机器人焊接程序分析

在具体焊接中，一般可将焊接程序分为下述几个环节：

第一，安装与加紧工件：这一环节需应用平板焊接夹具，放置工件并固定;第二，新建程序：这一环节需在示教盒启动“程序管理”，并新建程序;第三，ARCON指令;第四，对焊接参数记性修改：这一环节需要结合焊接材料，修改与设置焊接参数;第五，确定熄弧点：将TCP移动到工件上的熄弧点，同时输入ARCOF指令;第六，将焊枪放回安全（或规定）位置;第七，在示教模式下对程序进行核查：首先，按住“使能开关”然后按“前进”，使编写程序处于空载运行状态，要在确定机器人TCP处于正确的运动轨迹，进而才能启动自动焊接程序;第八，再现运行：在机器运行到安全区域，将焊丝干伸长度、保护气流量进行调整;移动光标到第一行程序处，切换成“再现模式”;开启伺服使能，启动“转换+应用”键;按“启动”键，使程序能够被自动激发并运行。

结合上述焊接程序，在完整焊接中，从程序初始到终止一般需经过10个具体流程，现说明如下：

①程序开头：MAIN;

②移动至待机区域：MOVJP1，V5 0，Z0;

③移动至焊接开始区域：MOVJP2，V50，Z0;

④移动至焊接点：MOVJP3，V50，Z0;

⑤开始引弧、焊接：ARCONAC200，AV24，V50，T1;

⑥移动至焊接结束区域：MOVJP4，V50，Z0;

⑦熄弧，结束焊接：ARCOFFAC150，AV22，T1;

⑧移动至焊接结束区域：MOVJP5，V50，Z0;

⑨移动至安全位置：MOVJP6，V50，Z0;

⑩结束程序：END。

此外，在工业机器人焊接中，一般还需要注意焊枪操作基础、机器运行角度以及电压电流操作等，在实际操作、程序设定中，必须要确保相关操作都处于准确正常的状态，才能够在最大程度上避免出现焊接偏差。一旦出现偏差，需要及时调整角度以退后法进行焊接加以调整[4]。

4  结语

综上，伴随我国工业化进程的不断加快，机器人在工业领域的应用也愈加频繁。对此，本文主要结合工业机器人的焊接原理对其焊接程序进行了具体分析，希望能够为工业机器人焊接质量的提升提供一些参考。

参考文献：

[1]姚雪琼.工业机器人焊接原理与焊接程序探讨[J].科技资讯，2018，016（021）：77-78.

[2]常博学，黄静月.基于安川工业机器人的焊接系统设计[J]. 自动化应用，2019（001）：103-104.

[3]林伟庆.工业机器人自动焊接系统应用与焊接质量控制[J]. 建筑工程技术与设计，2018（015）：1258.

[4]罗智芸，李丽秀.基于视觉的工业机器人自动焊接引导研究[J].焊接技术，2018，47（08）：75-79.