焊接机器人 提高焊接质量 缩短产品换代的准备周期

工业机器人中的焊接新星：焊接机器人的崛起与发展

随着技术的飞速发展，焊接工艺已迈入自动化新时代，焊接机器人应运而生。这些特殊的工业机器人，被赋予了多重使命，在工业自动化的舞台上大放异彩。它们不仅仅是单纯的机器，更是结合了电子技术、计算机技术与数控技术的智慧结晶。何为焊接机器人？让我们深入了解。

焊接机器人，简而言之，就是在工业机器人末端装备焊钳或焊枪的自动化机器。它们不仅遵循国际标准化组织的定义，更是多用途、可重复编程的自动控制操作机。这些机器人拥有三个或更多可编程的轴，为焊接、切割或热喷涂等任务提供了强大的支持。它们的核心特点在于最后一个轴的机械接口，这个接口可以连接不同的工具或末端执行器，以适应各种工作需求。

自60年代开始，随着技术的成熟，焊接机器人逐渐在生产线上崭露头角。它们带来的优势显而易见：

稳定和提高焊接质量，实现焊接质量的数字化反映；

提高劳动生产率，助力生产线的提速；

改善工人的劳动强度，让有害环境下的工作变得安全；

降低对工人操作技术的要求，让更多人轻松上手；

缩短产品改型换代的准备周期，减少设备投资成本。

正因为这些优势，焊接机器人在各行各业都得到了广泛的应用。它们已经成为现代制造业不可或缺的一部分。那么，焊接机器人具体包含哪些部分呢？

焊接机器人主要由两大核心部分组成：机器人和焊接设备。机器人部分包括本体和控制柜（软硬件俱全）。而焊接设备则根据不同的焊接需求有所区别，如弧焊、点焊等。对于智能机器人，还有传感系统如激光或摄像传感器及其控制装置等。这些复杂的组成部分共同构成了现代焊接机器人的基础架构。

值得一提的是，这些焊接机器人大多属于关节机器人，拥有6个轴。其中前三个轴负责将末端工具送到不同的空间位置，而后三个轴则确保工具姿态的精准调整。这些机器人不仅精确度高，而且适应性强，为现代制造业带来了革命性的变革。焊接机器人的多元结构与设计理念

当我们深入探索焊接机器人的世界，会发现其机械结构的多彩多样，其中平行四边形结构与侧置式（摆式）结构是最常见的两种形式。这两种结构各具特色，为焊接工作带来了不同的便利与效率。

侧置式（摆式）结构，宛如一位矫健的舞者，其上下臂的活动范围极为广泛，使得机器人的工作空间几乎达到了一个球体的状态。这种设计使得机器人可以轻松倒挂在机架上工作，极大节省了占地面积，方便了地面物件的流动。这种结构的2、3轴为悬臂设计，虽然灵活度极高，但也稍微降低了机器人的刚度。它更适用于负载较小的机器人，如进行电弧焊、切割或喷涂等作业。

而平行四边形机器人，则以其稳定而可靠的结构受到人们的青睐。其独特的上臂设计是通过一根拉杆驱动的，与下臂共同形成一个平行四边形的两条边。早期开发的平行四边形机器人工作空间相对有限，主要集中在机器人的前部。但随着时间的推移，尤其是80年代后期，新型平行四边形机器人如破茧而出，其工作空间得以大幅扩展，甚至覆盖到机器人的顶部、背部及底部。这种结构既适用于轻型机器人，也适用于重型机器人，具有普遍的适应性。

这些机器人的各个轴都进行回转运动，得益于伺服电机与摆线针轮（RV）减速器及谐波减速器的完美结合。在80年代中期以前，直流伺服电机是主流选择。但随着技术的进步，交流伺服电机逐渐成为新宠。交流电机无碳刷设计，动特性更佳，不仅降低了事故率，还大大延长了免维修时间。一些新型的轻型机器人，其工具中心点的运动速度甚至可以达到3m/s以上，定位精准，振动微小。

谈及点焊机器人的特点，我们可以知道，点焊对焊接机器人的要求并不是特别严苛。点焊主要需要的是点位控制，对于焊钳在点与点之间的移动轨迹并没有严格的要求。但为了满足高效的工作需求，点焊机器人在点与点之间的移位需要快速、动作平稳、定位准确。为了满足这些需求，新型的机器人需要具备足够的负载能力，并且能够在短时间内完成大量的工作。同时为了适应连续点焊的需求，现代的重型机器人甚至具备了在0.3秒内完成50mm位移的能力。这对机器人的各项性能都提出了更高的要求。

而关于结构设计，考虑到焊接机器人需要在准平面、空间狭窄的环境下工作，因此其结构设计必须紧凑、移动灵活且工作稳定。针对这一需求，我们开发了一种小型移动焊接机器人。该机器人采用模块化设计方法，主要分为轮式移动平台、焊炬调节机构和电弧传感器三部分。这样的设计不仅便于安装和维护，还能确保机器人在复杂环境下也能稳定运行。轮式移动平台，虽具有较大的惯性及较慢的响应速度，但它主要负责焊缝的粗略跟踪任务。其上的焊炬调节机构，肩负起精确跟踪焊缝的重任。电弧传感器则是智慧的“眼睛”，时刻识别焊缝的偏差。

机器人控制器与电机驱动器被巧妙地集成于移动平台之上，使得整个系统体积更为紧凑。这一设计不仅优化了空间使用，更提升了系统的整体性能。面对恶劣焊接环境，我们采取了全封闭的结构设计，让运动部件免受粉尘侵扰，有效提高了系统的稳定性和可靠性。在这一科技赋能的闭环系统中，各部分精密协作，共同应对各种焊接挑战。