【正文】 向節(jié) 15車體側(cè)板 16磁懸浮構(gòu)件 17構(gòu)件主體 18圓柱形永久磁鐵 19通孔 20磁性材料 21非磁性材料 22通孔23鏈輪 圖 32 兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的雙履帶永磁吸附爬行機(jī)構(gòu)示意圖 十字滑塊 在焊接中，要求焊接機(jī)器人的焊炬必須精確地沿焊縫以恒定的焊接速度運(yùn)動(dòng)，而僅憑履帶式移動(dòng)機(jī)器人本體則難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)軌跡控制，因而不能采用焊炬與輪式機(jī)器人本體相固接的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。下面重點(diǎn)介紹各機(jī)構(gòu)的工作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。而全履帶式小車在轉(zhuǎn)向時(shí)是依靠?jī)蓚?cè)履帶運(yùn)動(dòng)速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但由于磁吸附式履帶對(duì)工件工作面具有較強(qiáng)的吸附作用，所以要完全依靠履帶的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向就比較勉強(qiáng)，對(duì)鏈輪、鏈條及磁鋼均有不利的影響。整個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、焊接系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)四個(gè)部分組成，本章各節(jié)分別對(duì)各部分的功能要求和方案選取進(jìn)行了分析。圖中虛線框內(nèi)部分表示傳感系統(tǒng)內(nèi)容。 由于全位置焊接的焊縫成形控制比較困難，不是所有的焊接方法都可以采用的，一般只有焊 接能量輸入較小的和熔滴以短路方式過(guò)渡的焊接方法才可以使用。可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩履帶輪的轉(zhuǎn)速來(lái)控制車體的運(yùn)行速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，使機(jī)器人能夠按照所要求方向和速度移動(dòng)，完成前進(jìn)、后退、按曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。目前爬壁機(jī)器人的吸附方式有三種：真空吸附、磁吸附和推力吸附。鏈輪帶動(dòng)兩根封閉式的鏈條滾動(dòng)，在 兩根鏈條之間的空隙處安裝可控永磁鐵裝置，可控永磁鐵裝置隨鏈條運(yùn)動(dòng)。鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)。這兩種移動(dòng)機(jī)構(gòu)都無(wú)法很好地滿足焊接的實(shí)際要求。 焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的任務(wù)是攜帶焊接裝置，移動(dòng)到工件壁面上所需到達(dá)的任意位置。該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由爬行機(jī)構(gòu)和十字滑塊組成；焊接系統(tǒng)包括有焊接電源、送氣送絲機(jī)構(gòu)、焊炬擺動(dòng)機(jī)構(gòu)組成；檢測(cè)系統(tǒng)包括有激光圖像傳感器，霍爾傳感器，限位開(kāi)關(guān)和位移傳感器等各種傳感器來(lái)得到各種可用于控制的信息與信號(hào)；控制部分由控制器、人機(jī)界面、驅(qū)動(dòng)電路及設(shè)備、遠(yuǎn)程操作盒等幾部分組成。計(jì)算機(jī)圖像法控制技術(shù)也在 80 年代研究成功，如水電部電力建設(shè)研究所研制成功 DL64 固態(tài)圖像傳感器進(jìn)行焊縫跟蹤的裝 置。 20 世紀(jì) 80 年代后期，微機(jī)跟蹤和電視跟蹤技術(shù)得到迅速發(fā)展，從而為傳統(tǒng)焊接自動(dòng)化向現(xiàn)代焊接自動(dòng)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ) [9]。 1mm。 我國(guó)已發(fā)展了各種類型的傳感器技術(shù)，控制坐標(biāo)已從單坐標(biāo)和雙坐標(biāo)發(fā)展到了多坐標(biāo)。焊機(jī)和機(jī)器人融合的優(yōu)點(diǎn)主要有焊機(jī)和焊槍的動(dòng)作能夠?qū)崿F(xiàn)同步的精確控制，便于實(shí)現(xiàn)縝密的焊接條件控制，并使焊接系統(tǒng)小型化。由于采用旋轉(zhuǎn)電弧焊時(shí)，焊絲能夠以 50Hz 以上的頻率旋轉(zhuǎn)，所以用這種 技術(shù)進(jìn)行焊縫跟蹤時(shí)，其跟蹤精度比機(jī)器人經(jīng)常采用的擺動(dòng)焊（擺動(dòng)頻率小于 10Hz）要高得多 [8]。例如，日本安川公司的新型焊接機(jī)器人控制器 NX100 技術(shù)中，一臺(tái)控制器能同時(shí)控制四臺(tái)機(jī)器人共 36 軸（每臺(tái)機(jī)器人有本體 6 個(gè)軸， 3 個(gè)外部軸），并且能夠使用軟 PLC對(duì)周圍裝置進(jìn)行控制。 第三代是指裝有多種傳感器，接收作業(yè)指令后能根據(jù)客觀環(huán)境自行編程的高度適應(yīng)性智能焊接機(jī)器人，由于人工智能技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后，這一代機(jī)器人正處于試驗(yàn)研究 階段。這其中大約有半數(shù)是焊接機(jī)器人。機(jī)器人焊接過(guò)程的自主化和智能化已經(jīng)成為科研工作者的一個(gè)研究重點(diǎn)。二是它必須用編程或示教進(jìn)行工作，對(duì)不規(guī)則的焊縫，特別是在焊接過(guò)程中焊縫發(fā)生形變時(shí)，則很難適應(yīng)。焊接機(jī)器人的誕生是焊接自動(dòng)化革命性的進(jìn)步，它突破了焊接剛性自動(dòng)化的傳統(tǒng)方式，開(kāi)拓了一種柔性自動(dòng)化的生產(chǎn)方式，從而使中小批量的產(chǎn)品自動(dòng)化焊接成為可 [1]。因此，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件已成為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 1 第 1 章 緒論 焊接是制造業(yè)中最重要的工藝技術(shù)之一。傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品制造的質(zhì)量、數(shù)量要求。從 21 世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求看，焊接自動(dòng)化生產(chǎn)已是必然趨勢(shì)。但是，現(xiàn)在焊接領(lǐng)域中自動(dòng)化程度最高的手臂式機(jī)器人在使用時(shí)有兩個(gè)局限性：一個(gè)是它的活動(dòng)范圍較小，因?yàn)樗褚粋€(gè)手臂，手臂長(zhǎng) ~2 米，也就是其活動(dòng)半徑，所以焊接的工件不能太長(zhǎng)，最大范圍也不能超過(guò) 2 米。因此，給焊接機(jī)器人加裝各種傳感器，使它們具有焊接路徑自主獲取、焊縫跟蹤以及焊接參數(shù)在線調(diào)整等能力，具有很高的實(shí)用價(jià)值。 自 1962 年美國(guó)推出世界上第一臺(tái) Unimate 型和 Versatra 型工業(yè)機(jī)器人以 來(lái)，越來(lái)越多的工業(yè)機(jī)器人投入生產(chǎn)使用中。 第二代是指基于一定傳感器信息的離線編程焊接機(jī)器人，得益于焊接傳感器技術(shù)和離線編程技術(shù)的不斷改進(jìn)，這類機(jī)器人現(xiàn)已進(jìn) 入應(yīng)用研究的階段?？刂破髦衅毡椴捎?32 位的計(jì)算機(jī)，除可以控制機(jī)器人本體的 5－ 6 個(gè)軸外，還可以使外圍設(shè)備和機(jī)器人協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。 配套焊接系統(tǒng)也有很多新的進(jìn)展，在 1993 年的埃森展覽會(huì)上，日本松下公司把旋轉(zhuǎn)電弧焊技術(shù)用于弧焊機(jī)器人。其中焊機(jī)采用了頻率為 100kHz 的逆變電源，體積小巧，控制精度高。 20 世紀(jì) 50 年以來(lái)我國(guó)在焊縫自動(dòng)跟蹤方面有了長(zhǎng)足發(fā)展，技術(shù)水平不斷提高，并取得了許多應(yīng)用成果。華中科技大學(xué)與湖北造船廠合作研制內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 3 成功全位置電磁跟蹤氣體保護(hù)焊機(jī)，跟蹤精度達(dá)177。哈爾濱焊接研究所與遼陽(yáng)鋼廠合作研制的激光跟蹤裝置用于螺旋管焊接自動(dòng)生產(chǎn)線等。 此外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功了單片機(jī)控制高精度激光跟蹤系統(tǒng)，西北工業(yè)大學(xué)研制成功微處理機(jī)控制熔化極脈沖窄間隙焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等，都獲得了較好的自動(dòng)控制效果 [11]。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 4 第 2 章 焊接機(jī)器人系統(tǒng)組成 本論文研究的爬行式焊接機(jī)器人系統(tǒng)主要由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊接系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)四部分組成，系統(tǒng)基 本框架如圖 所示。小車由控制電路發(fā)出信號(hào)控制交 (直 )流伺服電機(jī)和轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 5 從而完成焊縫軌跡自動(dòng)跟蹤，交 (直 )流伺服電機(jī)調(diào)速方便，反應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，能保證小車精確位置移動(dòng)。輪式具有移動(dòng)平穩(wěn)、機(jī)動(dòng)性高和便于操作等優(yōu)點(diǎn)，但是其著地面積小、壁面適應(yīng)性差；步行式能夠在凹凸不平的地面上行走，可跨越臺(tái)階，具有良好的機(jī)動(dòng)性，但存在運(yùn)動(dòng)間歇大、穩(wěn)定性差等問(wèn)題 [20]。 傳動(dòng)方式 根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，綜合考慮性能成本等方面的原因，本論文選用了鏈傳動(dòng)作為履帶前后輪傳動(dòng)方式。可以在車體內(nèi)部的一端安裝動(dòng)力部分，其輸出分別帶動(dòng)車體兩側(cè)行走機(jī)構(gòu)的主動(dòng)鏈輪和行走輪，在車體內(nèi)部的另一端安置行走輪軸，其兩端安裝鏈輪和行走輪。 吸附方式 由于焊接機(jī)器人要求在壁面、球面、管道等曲面上爬行，所以運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須具有較強(qiáng)的壁面適應(yīng)能力和承載能力?？刹捎脙膳_(tái)交流伺服電機(jī)分別內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 6 作為兩履帶輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)單元包括帶有減速齒輪的交流電機(jī)、伺服放大器以及用作速度反饋的旋轉(zhuǎn)光碼盤(pán)，它們提供轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的轉(zhuǎn)速和力矩。我們采用了在移動(dòng)機(jī)器人本體上加裝快速反應(yīng)十字滑塊，焊炬與十字滑塊固接的方法，讓焊接機(jī)器人本體在一定的誤差范圍內(nèi)粗略跟蹤焊縫，十字滑塊實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的跟蹤焊縫。信息處理部分包括信息加工、多傳感器信息融合、傳感信息與機(jī)器人信息的結(jié)合。 [2425] 本文針對(duì)移動(dòng)式焊 接機(jī)器人設(shè)計(jì)了以 PLC（可編程程序控制器）為核心的智能焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)跟蹤 圖 23 爬行式智能焊接機(jī)器人系統(tǒng) 本章設(shè)計(jì)了焊接機(jī)器人的整體方案及系統(tǒng)各部分的硬件結(jié)構(gòu) ,，并對(duì)焊接小車部分做了部分說(shuō)明。對(duì)于焊接小車的選用有多種，爬行式全位置焊機(jī)器人輪式移動(dòng)小車具有轉(zhuǎn)向精度高、同步性好的優(yōu)點(diǎn)，但因其只產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦力，牽引能力和負(fù)重能力均較弱 。 圖 31 履帶式爬行機(jī)構(gòu) 小車組成 該焊接小車是由行走機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍擺動(dòng)、焊槍高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成的。 該履帶式爬行焊接機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)如圖 所示。 由于滑塊的運(yùn)動(dòng)范圍比較窄，必須使十字滑塊和爬行機(jī)構(gòu)有效配合起來(lái)才能完成對(duì)焊縫的精確跟蹤，十字滑塊分豎直和水平兩個(gè)移動(dòng)方向，