项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 188 项目项目 7 焊接机器人的周边设备与控制焊接机器人的周边设备与控制 完整的焊接机器人系统中， 除机器人本身外还包括一些周边设备， 如变位机、 移动滑台、 焊枪清理装置、焊钳电极修磨器、自动工具转换装置等机器人要完成焊接作业，需要依赖 控制系统与周边辅助设备的支持和配合，互相协调地使用，以减少停机时间、降低设备故障 率、提高安全性，并获得理想的焊接质量 本项目将以焊接变位机和焊枪清理装置为例，配合 Panasonic 机器人，实现机器人连续 生产作业过程中的周边设备控制与操作， 旨在加深学生对焊接机器人系统及典型周边设备运 动控制的理解 【学习目标】 知识目标 （1）熟悉焊接机器人的典型周边设备； （2）掌握焊接机器人周边设备的示教要领； （3）了解焊接机器人与周边设备的协调运动 技能目标 （1）能够使用示教器进行机器人外部轴的示教编程； （2）能够使用示教器进行焊枪清理装置的示教编程； （3）能够使用示教器熟练编辑机器人周边设备作业程序 情感目标 （1）严谨认真、规范操作； （2）合作学习、团结协作。
【任务描述】 任务 1 焊接机器人外部轴及其控制 任务 2 焊枪清理装置及其控制 任务 1 焊接机器人外部轴及其控制 本任务要求借助焊接变位机这一典型周边设备，完成项目 5 中任务 1 描述的骑坐式管- 板角接接头的船型焊连续作业，如图 7-1 所示 【任务分析】 船形焊是一种焊接位置，顾名思义，就是把焊缝置于象船一样的位置来进行焊接简单 来说，将平角焊通过变位机向上转动 45°就成了船型焊船型焊主要是保证焊脚尺寸均匀， 因角焊缝焊肉易塌陷，船型焊时就可避免，提高生产率的同时，通过变位机弥补自动焊只能 平焊或角平焊的缺陷同项目 5 基本相似，用机器人完成图 7-1 所示环形焊缝的焊接共需 9 个示教点 所不同的是本任务中焊缝轨迹的运动由变位机的旋转来完成， 机器人保持一定的项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 189 位姿不变 每个示教点焊枪和变位机姿态如表 7-1 所示 实际示教时按图 5-3 所示流程开展 任务完成后，填写项目任务完成报告 图 7-1 骑坐式管-板船型焊作业 表 7-1 示教点说明（骑坐式管-板船型焊） 示教示教点点 焊枪姿态焊枪姿态 变位机姿态变位机姿态 用用 途途 U /° V /° W /° G1 /° G1 /° ① 180 45 180 0 0 机器人原点 ② 0 -0 -0 -45 0 作业临近点 ③ 0 -0 -0 -45 0 圆弧/焊接开始点 ④ 0 -0 -0 -45 90 圆弧/焊接中间点 ⑤ 0 -0 -0 -45 180 圆弧/焊接中间点 ⑥ 0 -0 -0 -45 270 圆弧/焊接中间点 ⑦ 0 -0 -0 -45 360 圆弧/焊接结束点 ⑧ 0 -0 -0 0 0 焊枪规避点 ⑨ 180 45 180 0 0 机器人原点 *以上焊枪以上焊枪和变位机和变位机姿态仅为参考，因机器人配置、工作台及工件放置位置不同而不同姿态仅为参考，因机器人配置、工作台及工件放置位置不同而不同。
【知识准备】 一、机器人外部轴的定义 机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴．．．．、 基座轴．．．和工装轴．．． 基座轴和工装轴统称为外．．．．．．．．．．． 部轴．．，如图 7-2 所示其中，机器人轴是指机器人本体的轴，属于机器人本身；基座轴是使机器人移动的轴的总称，主要指移动滑台工装轴是除机器人轴、基座轴以外的轴的总称， 指使工装夹具翻转和回转的轴，如变位机、翻转机等 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 190 基座轴基座轴 使 机 器 人 移 动 的 轴 的 总 称，如移动滑台工装轴工装轴 除机器人轴、基座轴以外 的轴的总称，如变位机、 翻转机等机器人轴机器人轴 机 器 人 本 体 的 轴 ， 如 RW 轴、BW轴、TW轴等图 7-2 机器人系统中各运动轴的定义 二、典型机器人外部轴及其控制 对于有些焊接场合，工件由于过大或空间几何形状过于复杂，使焊接机器人的焊枪（焊 钳）无法到达指定的焊接位置或焊枪（焊钳）姿态，这时必须通过增加 1~3 个外部轴的办法 来增加机器人的自由度，如图 7-3 所示通常有两种做法：一是把机器人操作机装于可以移 动的滑移平台或龙门架上， 扩大机器人本身的作业空间； 二是采用焊接变位机让工件移动或 转动，使工件上的待焊部位进入机器人的作业空间。
也有的同时采用上述两种办法，让工件 的焊接部位和机器人都处于最佳焊接位置 图 7-3 焊接机器人外部轴的扩展 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 191 1．滑移平台 移动滑台是焊接机器人的一个重要周边装置， 其主要用途是安置机器人或焊丝支架， 特 别是在焊接大型工件时，移动滑台可显著加大机器人的工作范围，如图 7-4 所示 (a) 中心支架的应用案例 (b) 动臂的应用案例 图 7-4 滑移平台在机器人焊接生产中的应用 2．焊接变位机 焊接变位机是机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部分， 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根据实际生产的需要，焊接变位机可 以有多种形式，有双回转式（见图 7-4） 、单回转式（见图 7-5）和倾翻回转式（见图 7-2） 选用什么形式的变位机，取决于工件的结构特点和工艺程序同时，为使机器人操作机充分 发挥效能，焊接机器人系统通常采用两台及以上变位机，如图 7-5 所示当其中的一台进行 焊接作业时，另一台则完成工件的上装和卸载，从而使整个系统获得最高的费用效能比。
产品图例产品图例1号变位机4号变位机3号变位机2号变位机图 7-5 焊接变位机在汽车消声器机器人焊接生产中的应用 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 192 焊接变位机的安装必须使工件的变位均处在机器人动作范围之内，并需要合理分解 操作机和变位机各自职能，使两者按照统一的程序进行作业，如图 7-6 所示这样不 但可简化机器人的运动和自由度数，而且还可降低对控制系统的要求 机器人动作变位机动作机器人+变位机 同时动作①①②②③③图 7-6 焊接机器人作业动作分解 3．机器人外部轴的切换 手动操作机器人外部轴运动的方法与操作机器人本体相似， 首先要选中动作功能图标区 预移动的外部轴而切换动作功能图标区至“外部轴” （见表 7-2）状态有以下 2 种方法： 单击【左切换键左切换键】 ，按照机器人基本轴→手腕轴→外部轴顺次切换 选择菜单图标【对象机构对象机构】下的【外部轴外部轴】 表 7-2 外部轴图标功能 动作功能键动作功能键 外部轴外部轴图标图标 图标定义图标定义 动作功能键动作功能键 外部轴外部轴图标图标 图标定义图标定义 外部轴第一轴 外部轴第四轴 外部轴第二轴 外部轴第五轴 外部轴第三轴 外部轴第六轴 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 193 【实践操作】 一、示教前的准备 开始示教前，请做如下准备： 工件表面清理。
核对试板尺寸无误后，将钢板表面清理干净，不能有铁锈、油污等 杂质 工件装配与点固选择合理工艺参数，使用手弧焊设备对待焊试板进行定位焊 工件装夹利用夹具将试管、试板固定在机器人工作台上 机器人原点确认可通过运行控制器内已有的原点程序，让机器人回到待机位置 新建程序新建一个作业程序，输入程序名“External_axis” 二、运动轨迹的示教 下面，试着对图 7-1 所示的骑坐式管-板船型焊为例，给机器人输入一段环形焊缝附加 变位动作的作业程序，此程序由编号①至⑨的 9 个示教点组成处于待机位置的示教点①、 ⑨，要处于与工件、夹具不干涉的位置另外，示教点⑦在向示教点⑧移动时，也要处于与 工件、夹具不干涉的位置 1．示教点①——机器人原点 轻握【安全开关安全开关】 ，接通伺服电源，按动作功能图标（绿灯灭）→（绿灯亮），打开机器人动作功能 按（GII 示教器）或【右切换键右切换键】 （GIII 示教器） ，将示教点属性设定为，插补方式选 按记录机器人原点，如图 7-7 所示 图 7-7 机器人待机位置 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 194 2．示教点②——作业临近点 在（关节）坐标系下，手动操作机器人移向焊接开始位置附近，并改变末端焊枪至作业姿态（见表 7-1） ，如图 7-8 所示。
按【左切换键左切换键】或通过菜单图标操作【对象机构对象机构】» 【外部轴外部轴】 ，切换机器人运动轴为外部轴，并改变 G1 轴角度为-45° 将示教点属性设定为，插补方式选 按记录示教点② 图 7-8 移动机器人和焊接变位机到作业临近点②位置 3．示教点③——圆弧/焊接开始点 切换机器人坐标系至（直角坐标系） ，保持焊枪和变位机姿态不变，把机器人移到圆弧焊接开始位置，如图 7-9 所示 将示教点属性设定为，插补方式选、或均可 按记录示教点③ 4．示教点④、⑤、⑥——圆弧/焊接中间点 切换机器人坐标系至（关节坐标系） ，保持焊枪姿态不变，依次把外部轴 G2轴旋转 90° 将示教点属性设定为，插补方式选、或均可 按记录示教点④、⑤、⑥ 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 195 图 7-9 移动变位机到圆弧/焊接作业开始点③位置 5．示教点⑦——圆弧/焊接结束点 同示教点④、⑤、⑥的操作相仿，在关节坐标系下，保持焊枪姿态不变，再次把外 部轴 G2 轴旋转 90° 将示教点属性设定为，插补方式选、或均可。
按记录示教点⑦ 6．示教点⑧——焊枪规避点 切换机器人坐标系至（工具坐标系） ，沿（X 轴）把机器人移到不碰触夹具的位置，如图 7-10 所示 将示教点属性设定为，插补方式选 按记录示教点⑧ 图 7-10 移动机器人到焊枪规避点⑧位置 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 196 7．示教点⑨——机器人原点 关闭机器人动作功能，进入编辑状态，移动光标至示教点①所在命令行 按用户功能图标（复制） ，并侧击【拨动按钮拨动按钮】完成复制操作 移动光标至示教点⑧所在命令行，按用户功能图标（粘贴） ，完成命令粘贴操作至此，骑坐式管-板船型焊作业轨迹示教完毕 三、焊接条件的设定 关于骑坐式管-板船型焊的作业条件可参考项目 5 中的设置，不在赘述 四、轨迹确认与施焊 同前面项目相同，运行测试程序如果轨迹合适，便可进行实际焊接焊后观察施焊结 果，通过工艺参数的微调，达到预期效果 项目 7 焊接机器人的周边设备与控制 197 【任务实施】 项目任务书 1 任务名称 焊接机器人外部轴及其控制 小组成员 指导教师 计划用时 实施时间 实施地点 任务内容与目标 用 CO2作保护气体，使用直径 1.2 mm 的 H08Mn2SiA 焊丝，并借助焊接变位机，完成骑坐 式管-板船型焊连续作业。
考核项目 机器人外部轴的界定 常见的机器人外部轴 机器人外部轴的选取 手动操作外部轴运动 任务准备 主要设备 辅助工具 学习资料 Pana。