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1、HKT-welding Robot:User manual焊接机器人操作使用手册User manual for the welding robot恒科通机器人有限公司HKT-ROBOT Technology Co. Ltd.Version：HKT-WR-2015-02Date：2015-02-18rev.：1HKT-welding Robot:User manual目录1焊接机器人概述11.1焊接机器人特点.12产品介绍及用途22.1项目焊接轨道原理.22.2项目产品结构.42.3自主开发.62.4关键技术：.93示教及操作控制173.1开机步骤.173.2画面介绍.184示教操作244.1点
2、的示教.244.2直线点的示教.244.3圆弧插补.254.4摆焊.264.5如何示教一条曲线.274.6设置零点：.285服务、保修及注意295.1保修范围.295.2安全注意事项.295.3使用说明书中的用语 305.4使用上的注意事项.316备录326.1电源.326.2原理.32HKT-welding Robot:User manual6.3技术参数.326.4特点.336.5设定、操作和工作状态的显示336.6远程操作功能.336.7存储功能.336.8极其简单的点位示教功能336.9枪头摆动功能.34HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOG
3、YPage：1Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-1焊接机器人概述1.1焊接机器人特点焊接机器人在工业机器人总量的 40%以上，焊接作为工业“裁缝”是工业生产中非常重要的加工手段，由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境非常恶劣，焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响。稳定提高焊接质量，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定性作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊接质量受人的因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长
4、等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。恒科通有限公司自主研发了灵活性好、针对性强、成本低的“焊接工业机器人”，适用于汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等机个主要行业，市场前景广阔。(1)改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接，工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于电焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳，使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。(2)提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可 24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。(3)产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。(4)可缩短产品改型换代的
5、周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是它可以通过修改程序以适应不同工件的生产。(5)实时焊接参数可调节。机器人工作时，允许对如下运行参数的实时调节：焊枪行走速度、焊接电流、焊接电压、摆动的启闭控制、摆动的幅度、摆动的速度。HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：2Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-2产品介绍及用途在示教的时候，都会赋予这些参数一定的默认值。每当在机器人运行中，对这些参数进行实时修正的时候，系统都将自动记录下修正后的数据，并将
6、这些修正后的数据保存以作为下次的运行参数。2.1项目焊接轨道原理直线轨迹生成原理。在示教直线轨迹时需要输入两个坐标点。假定这里已经示教了两点：A点、B 点。在 A 点，通过各位置传感器的数据，计算出 A点立体坐标值。同样在 B点也可以计算立体坐标值。采用一定的直线插补算法，就可以计算出在该直线上许多近乎连续的坐标点。这些坐标点就是焊接轨迹。再根据这些坐标点给四个臂分配动作脉冲。圆弧或弧线轨迹生成原理。在示教弧线时需要输入圆弧上的三个坐标点。假定这里已经示教了三个坐标点 A点、B点、C点。先通过各位置传感器计算出这三点平面坐标。然后根据这三点坐标计算由这三点产生的圆心坐标和半径。至此，已知圆心、
7、半径、圆弧上的起始点（A点）、圆弧途经点（B 点）、圆弧上的终止点（C 点），这样就可以使用一定的插补算法计算在这圆弧上 A 点和 C 点之间的近乎连续的许多坐标值。这些坐标点就是焊接轨迹。最后根据这些坐标值，给四个臂分配动作脉冲。复杂（空间）曲线轨迹生成原理。使用全程示教的输入方式输入轨迹。手动操纵焊枪的端部沿需要焊接的焊缝顺序移动至焊缝终点，通过在焊枪端部的信号采集装置，系统自动生成示教点轨迹，给四个臂分配动作脉冲。快速高效地实现了对象级示教编程。HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：3Customer Service Divisio
8、nwww.hkt-Mail： hkthkt-（图 1）焊接机器人软件工作流程图HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：4Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-2.2项目产品结构如下图所示焊接机器人的底座上设置有竖轴，在竖轴上设置有可绕其转动的大摇臂，在大摇臂的外端铰接一小摇臂，在小摇臂的外端部设置有一立轴，在立轴外设置有外套轴，在立轴的下端部铰接有焊枪头，大摇臂、小摇臂和立轴的转动及立轴和外套轴的升降均通过各自独立设置的电机带动、并由各自独立的编码器采集或测量其转动角度及升降位移信号，焊
9、枪头的摆动由电子带动、并由编码器采集或测量其转动角度信号，编码器采集或测量的位移和角度信号通过控制器控制各电机的转动以带动大摇臂、小摇臂、立轴、外套轴和枪头的动作。(图 2 )焊接机器人结构示意图小摇臂的外部端设有发条弹簧平衡机构，用来平衡断电时的电机重力，大摇臂安装在底座的竖轴上可升降，其升降机构与之配套的升降电机和编码器受控制器控制。整个机器的单个转动或摆动部分都是用独立的电机带动，并由单独的编码器采集或测量其动作信号，提供给控制器做控制信号。HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：5Customer Service Divisionw
10、ww.hkt-Mail： hkthkt-（图 3 ） 焊接机器人HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：6Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-2.3自主开发(6)机器人机械本体优化设计与制造依据机器人进行弧焊的功能和精度需求，以产业化为目的，借鉴国外工业机器人产品的技术和经验， 设计具有自主知识产权的弧焊机器人机械本体；根据弧焊机器人传动对定位精度、轨迹精度和运动速度的影响，进行机械传动设计；并进一步通过建立弧焊机器人的三维模型，结合运动仿真算法，开展机器人机械结构的优化设计。(7)焊
11、接机器人控制器设计与开发以 TMS320F28335 作为系统的控制核心建立具有良好开放性的机器人控制器，并在下位机（TMS320F28335）上建立底层通用程序，包括：关节坐标系世界坐标系、工具坐标系、用户坐标系的操作响应程序，以及直线插补、圆弧插补、S曲线插补、空间复杂曲线（如管道相贯线）插补的连续轨迹运动程序。（图 4 ）基于 TMS320F28335 的运动控制系统HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：7Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-机器人由于惯量比较大，一旦电机控制系
12、统出现失控，后果将非常严重，尤其是在焊接工作中，安全问题尤为重要。因此在设计中，对安全问题进行了充分考虑，在软件上进行了相应的中断及报警处理设计，在硬件上进行了发条弹簧平衡装置设计。另外焊接机四周还设计安装了防护罩、废气吸收装置等。建立同焊机的通讯。该通讯实现对焊机的启动、停止、收弧、焊接参数通道的选择等的控制同时通讯也负责对焊接参数的反馈。(8)焊接机器人功能模块研发及系统集成在工业控制计算机上建立一个能够实现可视化操作的人机交互系统，如图 3 所示，用于实现用户对机器人的示教编程操作。其中包括：在线示教编程/示教程序序再现；工具标定、用户坐标系定义、程序的平移和镜像等辅助功能；摆动焊接编程
13、功能；焊接过程中的引弧熄弧、电流电压控制等与焊接电源的通讯功能；基于 三 维模型的离线编程功能；以及工业控制计算机程序的解释，从而实现控制核心的软硬件集成，并进一步的拓展焊接机器人的智能化、自动化功能奠定基础。（图 5） 弧焊机器人的功能模块HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：8Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-(9)研究对现有的焊机的改造，使用现有的焊机也可以实现同机器人的通讯。提高社会资源的利用率和产品的质量。(10) 明确目标、合理优化、控制成本根据焊接机器人的应用特点，设
14、计适用、可行的技术指标；依据该目标进行焊接机器人设计，并进行合理优化。在机械本体设计、关键零部件选型时进行成本控制，使焊接机器人在价格上具有优势。HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：9Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-2.4关键技术：(1)机械本体结构的刚性和灵活性工业机器人采用垂直多关节型结构时，具有最大的运动范围，并且具有良好的柔性，能满足国内焊接行业灵活性、刚性要求。(2)焊接机器人的连续运动轨迹插补。在焊接过程中，弧焊机器人除了保证示教点的位置精度外，必须保证机器人焊枪末
15、端按照设定的姿态沿焊缝进行精确的连续轨迹运动，常见的轨迹包括直线、圆弧，以及在实际工程中经常出现的复杂平面或空间的曲线（如管道相贯线）。对于相贯线焊缝，现有的弧焊机器人系统需要采用小段直线、圆弧或 S 曲线进行拟合，示教编程过程十分复杂、繁琐，常常需要数个小时来进行编程。本项目运用现有的算法、技术和理论，结合控制核心提供的基本功能函数实现常见的直线、圆弧、S曲线插补整合，使用户能够直接调用示教程序，快速实现在线示教和离线编程。(3)高效的对象级线下示教编程技术采用手动控制焊枪沿所需焊接位置移动，控制核心通过安装在焊枪端的信号采集装置，自动记忆焊枪移动轨迹，快速实现示教编程。(4)与焊接电源的标
16、准化通讯技术焊接机器人需要根据实际焊接的要求确定合适的焊接方法和焊接工艺，需要配置不同的焊接电源，并且在施焊过程中需要与焊接电源进行实时的数据通讯，以控制焊接电流/电压以及起弧、熄弧过程。因此需要建立与焊接电源通讯的标准，实现机器人与不同焊接电源的通讯。在本项目中，采用本公司开发的系列焊接电源，通过分析机器人与不同焊接电源通讯的需求和控制特点，建立合理的通讯方式和数据规范，并在焊接机器人控制器上构建专用的软硬件接口。HKT- ROBOT:User manualHKT-ROBOT TECHNOLOGYPage：10Customer Service Divisionwww.hkt-Mail： hkthkt-(5)根据
