解析机器人焊接工作站组成结构

焊接机器人系统由机器人手臂、控制器、驱动器、示教盒、焊机、变位机以及回转工作台等周边装置、焊接夹具、安全装置等组成，如图1.2所示。对于电动机驱动机器人，控制器和驱动器一般装在一个控制箱内;对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等.  

1)机器人手臂

机器人手臂又称机械手，是机器人的操作部分，由它直接带动末端操作器实现各种运动和操作，它的结构形式多种多样，完全根据任务需要而定，其追求的目标是高精度、高速度、高灵活性、大工作空间和模块化.其主要结构形式有3种:机床式，常用于简易和专用焊接机器人;全关节式，其位置和姿态全部由旋转运动实现，是目前主要采用的机械手;平面关节式，除上下运动由直线运动构成外，其他均有旋转运动构成，广泛应用于装配机器人。

2)驱动器

由于焊接机器人大多采用伺服电动机驱动，下面介绍4类常用的电动机驱动器。步进电动机驱动器，采用步进电动机，特别是细分步进电动机为驱动源，一般都是开环控制，大多用于经济型工业机;直流伺服电动机系统，能实现位置、速度、加速度3个闭环控制，精度高、变速范围大、动态性能好;交流电动机伺服系统驱动器，采用交流伺服电动机系统，具有直流伺服系统的全部优点，由于交流电机没有碳刷，动特性好，使新型机器人不仅事故率低，而且免维修时间大为增长，加(减)速度也快，正在机器人中推广采用;直接驱动电动机驱动器，是最新发展的机器人驱动器，直接驱动电动机，在低速时仍能输出稳定的功率和较高的动态品质，取消了减速机构，可直接驱动关节，既简化了机构又提高了效率，是机器人驱动的发展方向.机器人的驱动器布置都采用一个关节一个驱动器.一个驱动器的基本组成为:电源、功率放大板、伺服控制板、电机、测角器、测速器和制动器.机器人驱动器是一个要求很高的驱动系统，它不仅要确保提供足够的功率驱动机机器人手臂各关节，而且要实现快速而频繁起停，精确地到位和运动.这就要求必须采用位置闭环、速度闭环和加速度闭环等3个运动闭环，所以在驱动器中都装有高精度测角、测速传感器.同时，为了保护电动机和电路，还要有电流闭环。

3)控制器

机器人控制器是机器人的核心部件，它实施机器人的全部信息处理和对机器人手臂的运动控制。焊接机器人控制器大多采用二级计算机结构，虚线框内为第一级计算机，它的任务是规划和管理.机器人在示教状态时，接受示教系统送来的各示教点位置和姿态信息、运动参数和工艺参数，并通过计算把各点的示教(关节)坐标值转换成直角坐标值，存入计算机内存。机器人在再现状态时，从内存中逐点取出其位置和姿态坐标值，按一定的时间节拍(又称采样周期)对它进行圆弧或直线插补运算，算出各插补点的位置和姿态坐标值，这就是路径规划生成。然后逐点的把各插补点的位置和姿态坐标值转换成关节坐标值，分送至各个关节。这就是第一级计算机的规划过程。第二级计算机是执行计算机，它的任务是进行伺服电动机闭环控制。它接收了第一级计算机送来的各关节下一步预期达到的位置和姿态后，又做一次均匀细分，以求运动轨迹更为平滑。然后将各关节的下一细步期望值逐点送给驱动电动机，同时检测光电码盘信号，直到其准确到位。以上均为实时过程，上述大量运算都必须在控制过程中完成。

4)示教盒

示教盒是人对机器人示教的人机交互接口，目前人对机器人示教有3种方式:手把手示教，又称全程示教，即由人握住机器人机械臂末端，带动机器人按实际任务操作一遍;示教盒示教，即由人通过示教盒操纵机器人进行示教，这是最常用的机器人示教方式，目前焊接机器人都采用这种方式;离线编程示教，即无需人操作机器人进行现场示教，而可根据图样，在计算机上进行编程，然后输给机器人控制器，它具有不占机器人工时，便于优化和更为安全的优点，所以是今后发展的方向

5)焊机

焊接机器人配套的焊机一般以数字焊机为主，比如日本松下焊接机器人配套焊机为松下公司自己的数字焊机并对接口保密，发那科焊接机器人公司使用的配套焊机由日立公司代为开发，并且买断该型号焊机，同时对接口保密.由于价格和技术问题，在焊机选择上国内部分厂商采用了变通的方案。

现在成熟的焊接机器人的执行机构普遍采用交流伺服电机驱动的六自由度串联机器人，该方式工作空间大，转动灵活，速度快，存在问题是某一关节的误差有被后级机构放大的情况，但是从现有产品来看，通过伺服控制器等控制策略，这个问题已经得到很好的解决