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焊接机械手的运行原理

点击数: 833 日期:2017-11-10


      焊接机械手是一种具有“柔性”的机器 ,焊接机械手具有人或者生物的某些功能 ,例如 , 焊接机械手操作手模拟了人类手臂的功能 ,焊接机械手模拟了人和动物下肢的运 动功能 。 高级的焊接机械手可以通过传感器了解外部环境或者“身体内在的”状态与变化 ,甚至可以做出自己的逻辑推理 、判断与决策 ,也就是所谓的焊接机械手的智能行为 。


      焊接机械手只有作为作业系统的一部分才能发挥作用 。 由于各种不同类型的焊接机械手不断涌现 ,它们发挥作用的形式和组成的系统也在不断变化 。 工业焊接机械手作为制造系统的一部分发挥作用是最典型的 。 下面通过焊接系统来分析焊接机械手的 工作原理 。 焊接机械手系统工作时 ,至少需要一个工作台 ,将工件装卡在上面 ,并 运送到焊接机械手的合适位置 。 这样 ,构成了一个简单的焊接机械手系统 ,称为焊接机械手工作站 。 如果焊接机械手组成一个焊接生产线 ,则这个系统就变得更为复杂 。 焊接机械手要完成焊接作业 ,必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合 。 完整的焊接机械手系统一般由机器人操作手 、焊接机械手变位机 、焊接机械手控制器 、焊接机械手系统(专用焊接电 源 、焊接机械手焊枪或焊钳等) 、焊接机械手传感器 、焊接机械手中央控制计算机和焊接机械手相应的安全设备等组成 。


      焊接机械手是焊接机械手系统的执行机构 ,它由焊接机械手驱动器 、焊接机械手传动机构 、焊接机械手臂 、焊接机械手关节以及焊接机械手内部传感器(如编码盘)等组成 。 它的任务是精确地保证末端操作器 所要求的位置 、姿态和实现其运动 。六轴焊接机械手具有 6 个旋转关节的铰接 开链式焊接机械手 。变位机作为的作用是将被焊工件旋转(平移)到最佳的焊接位置 。 焊接机械手在焊接作业 前和焊接过程中 ,变位机通过夹具来装卡和定位被焊工件 ,对工件的不同要求决定 了变位机的负载能力及其运动方式 。 为了使焊接机械手充分发挥效能 ,焊接机械手系统通常采用两台变位机 ,当在其中一台上进行焊接作业时 ,另一台则完成工件的上装和卸载 ,焊接机械手从而使整个系统获得最高的费用效能比 。

      机器人控制器是整个焊接机械手系统的大脑 ,它由计算机硬件 、软件和一些专用电 路构成 ,其软件包括控制器系统软件 、焊接机械手专用语言 、焊接机械手运动学及动力学软 件 、焊接机械手控制软件 、焊接机械手自诊断及自保护软件等 。 控制器负责处理焊接机械手工作过程中的焊接机械手全部信息和焊接机械手控制其全部动作 。 所有现代机器人的控制器都是基于多处理器 ,根据操作系统的指令 ,工业控制计算机通过系统总线实现对不同组件的驱 动及协调控制 。  焊接机械手系统主要由焊接机械手焊钳(点焊机械手) 、焊接机械手焊枪(弧焊机械手) 、焊接机械手控制器及水 、电 、 气等辅助部分组成 。 焊接机械手控制器是由微处理器及部分外围接口芯片组成的控制系 统 ,焊接机械手可根据预定的焊接监控程序 ,焊接机械手完成焊接参数输入 、焊接程序控制及焊接系统故障自诊断 并实现与本地计算机及示教盒的通信联系 。 用于弧焊机械手的焊接电源及送丝设备由于参数选择的需要 ,必须由焊接机械手控制器直接控制 ,电源在其功 率和接通时间上必须与自动过程相符。




      在焊接机械手焊接过程中 ,尽管焊接机械手操作机 、焊接机械手变位机 、焊接机械手装卡设备和焊接机械手工具能达到很高的精度 ,但由于存在被焊工件几何尺寸和位置误差 ,以及焊接机械手焊接过程中热输入能引起工件的变形,焊接机械手传感器仍是焊接过程中(尤其是焊接大厚工件时)不可缺少的设备 。 焊接机械手传感器的任务是实现工件坡口的定位 、焊接机械手跟踪以及焊缝熔透信息的获取 。中央控制计算机在工业焊接机械手向系统化 、PC 化和网络化的发展过程中发挥着重要的作用。通过串行接口与焊接机械手控制器相连接 ,中央控制计算机主要用于在同一层次或不同层次的计算机间形成通信网络 ,同时与传感系统相配合 ,实现焊接机械手焊接路径和焊接机械手参数的离线编程 、焊接机械手焊接专家系统的应用及生产数据的管理 。


      安全设备是焊接机械手系统安全运行的重要保障 ,其主要包括焊接机械手驱动系统过热自断电保护 、焊接机械手动作超限化自断电保护 、焊接机械手超速自断电保护 、焊接机械手系统工作空间干涉自断电保护及人工急停断电保护等 ,它们起到防止机器人伤人或周边设备的作用。在焊接机械手的工作部还装有各类触觉或接近传感器,可以使焊接机械手在过分接近工件或发生碰撞时停止工作 。 



      焊接机械手可以用来完成各种各样的作业,不同的任务需要不同的操作加以执行,因而需要不同的作业顺序。以焊接机械手装配为例,为了完成装配,焊接机械手进行的基本 操作有手臂趋近、焊接机械手手爪张开、焊接机械手多指抓取、焊接机械手多指操作、焊接机械手装配、焊接机械手拆卸以及焊接机械手手臂退回。可以将这些基本操作分为两类运动,焊接机械手手臂趋近 、焊接机械手手臂退回和焊接机械手手指张开称为自由运动,此类运动要求在运动过程中不与周围环境障碍物发生碰撞;焊接机械手多指抓取、焊接机械手多指操作、焊接机械手装配和拆卸称为约束运动。通常所说的运动规划实际上指的是焊接机械手自由运动规划,即寻找一条与周围环境不发生碰撞和干涉的路径,完成焊接机械手由初始形位到目标形位的运动 。


      “可编程控制”方式 :工作人员事先根据焊接机械手的工作任务和运动轨迹编制控制程序,然后将控制程序输入给焊接机械手的控制器,启动焊接机械手控制程序,焊接机械手就按照程序所规定的动作一步一步地去完成 ,如果焊接机械手任务变更,只要修改或重新编写焊接机械手控制程序,非常灵活方便。 大多数焊接机械手都是按照前两种方式工作的 。

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