焊接机器人设计毕业论文
摘要
[0001]本发明涉及一种用来电阻焊工作的焊接机器人，它包括一个焊钳（21），一个焊接电流发生器（1），发生器连接在焊钳上的焊接电极（24,25），在电阻焊工作中为焊接电极提供电能，一个工业机器人。工业机器人包括机器人手臂（2）和用于控制手臂移动的机械手控制装置（9）。焊钳被连接到机器人手臂上，机械手控制装置被连接到焊接电流发生器和一个焊钳的钳驱动器上。 描述：
本发明涉及一种焊接机器人。
[0002]DE 31 15 840 A1中介绍了焊接所用电阻，其特征在于，在焊接过程中，两焊接电极之间的电阻以参考电阻曲线为基准，随着电焊条接触力的变化而自动调整，此外，焊接电极所用的电压亦被调整至参考电位曲线上。
[0003]EP 1 508 396 B1 中介绍了焊接所用机器人，包括工业机器人和连接在机器人手臂上的焊钳。焊钳，跟随机器人手臂移动，包含有两个电极臂，一个用来驱动电极臂的电动机，还有用于测量电机臂施加的接触力大小的力传感器。该焊接装置还包括一个校正装置，根据实际接触力与理论接触力的偏差值，确定一个合适的变量来校正电动马达的位置。 [0004]本发明的目的是提供一种改善的焊接机器人。
[0005]本发明旨在创造一种用于电阻焊的新型焊接机器人，它包含以下几个方面：
[0006]焊钳，由钳驱动器和两焊接电极构成，由钳驱动器驱动，在焊接机器人工作中，对至少两个要进行电阻焊接的材料加压。
[0007]焊接电流发生器，连接到焊机电极上，电阻焊工作中为焊接电极提供电能。 [0008]工业机器人，由机械手臂、机械手控制装置构成，控制装置用于控制机械手臂的移动，其中机器人手臂配置有为数众多的相互连接的肢，驱动连接到控制装置，焊钳连接到焊接电流发生器和钳驱动器上，在控制平台运行的电脑程序控制机械手臂的移动驱动器，钳驱动器也被设定好的模式控制着，使得在进行电阻焊作业时，预期的电位可以应用于焊接电极上，同时，也可以使得焊接电流发生器为焊接电极提供预期的电能。 [0009]对于进行电阻点焊焊接工作的普通技术人员来说，本发明的许多组成模块并不会感到陌生，如焊接机器人的几个组成部分包括焊钳、焊接电极，焊接电极连接在焊接电流发生器上，并在进行作业时上电。再比如焊接电流发生器的组成部分，一焊接变流机，确切的说是中频变流机，一电焊变压器，以及一电焊整流器。焊接电流发生器被优先设置为焊机电极提供可调节的脉冲电压，以便可以在电阻焊作业时可以提供预期的电流给焊接电极。电阻焊工作模式主要是为电阻点焊，但同时也可以配置成其他的工作模式，比如电阻缝焊。
[0010]本发明还包括一个工业机器人，其中焊钳就连接在机器人手臂上。在本设计中，在机器人平台上运行有一组电脑程序，正常情况下可以控制工业机器人的驱动，不仅可以控制机器人手臂的移动，还可以通过钳驱动器调节焊接电极施加在被焊接物体上的力的大小。上述钳驱动器优选为电动夹钳驱动。本发明中，电焊阻力，即是被焊接的物体的电阻。在焊接作业中，有至少两个被焊接的物体被焊接钳挤压在一块，挤压力的值将作为参考值用于上述所讲的“调整”。此外，本设计中编写的电脑程序以一定的模式控制焊接电流发生器为焊接电极提供所需的电能。这样的设计可以实现许多功能，例如，通过编写特定的程序来控制驱动器，可以在电阻焊作业时，将数据转化成特定的目标电流输送给焊接电极；还可以配置焊接
电流发生器，为焊机电极提供特定的供电电压，使得至少中间区域的目标电流流过焊接电极。
[0011]在这种工作模式下，机器人控制装置或者控制平台上运行的计算机程序，通过一个单独的控制单元来实现对焊接过程的完全控制或调解，举例来说，上述的控制单元可以用来控制机械手臂的运动。结果，相比于用分散焊接控制单元实现焊钳的控制和调节，这种工作方式，有可能更好的使机械臂的运动与焊机电机以及焊钳同步。此外，在焊接作业中，焊接电极与待焊接物体相互作用产生的力不作为调节焊钳时的参考值，而是用焊接电阻取代。以此种方式来工作，那些相对较昂贵的，用来测量通过焊钳的电流力的应变仪或者测力仪将被替代。而且，既然知道了通过焊接电极的电流和施加在焊接电极上的电压，所以就可以很轻易的通过焊接电流发生器确定焊接电阻。
[0012]基于本发明一个优选的实施方案：在机器人控制装置上运行的计算机程序包括一个第一双向接口，用于与焊接电流发生器进行双向通信。第一双向接口经过特别的设计，可以实现即时通信，尤其可以满足对实时通信有严格要求的工作环境。在这种方式中，机器人控制装置或者计算机程序就有可能各自实现对电阻焊信息实时的接收；也有可能实现对钳驱动器既定运动的实时控制，即实现用焊钳受到的焊接阻力值作为参考值。
[0014]对于基于阻焊的焊钳的一种改善方式：通过编写运行在机器人控制平台上的电脑程序，实现控制装置控制钳驱动器施加符合目标值曲线的力给焊接电极。
[0015]基于本发明的另一个实施方案：机器人手臂驱动器可以被设置为可调电动驱动器。机器人控制装置或者计算机程序都可以通过设置实现将用于运动的参数以代码的方式传送给可调电动驱动器。
[0016]基于本发明的一个优选实施方案：计算机程序的创新之处在于有为第一计算机程序和第二计算机程序的区分。第一计算机程序用于控制机器人手臂的驱动器，尤其是钳驱动器；第二计算机程序用于控制焊接电流发生器也可以这样说，为了控制焊驱动器，焊接电流发生器给焊接电极提供预定电能并达到目标值，在电阻焊接工作中，预先设计好的电阻会被应用到焊接电极。该计算机程序中机器人运行装置的设计原理：第一计算机程序的组成是包括机器臂和钳驱动器的转动，第二计算机程序就只有焊接控制系统。因此，例如，现有的智能控制机器臂的控制装置，一个相关简单的方式就能扩展它。有了第二计算机程序，使得控制和调节的全过程中，焊接机器人中的控制装置会分别平分两种命令。如果可应用的话，第二计算机程序应优选现有的第一双向接口的焊接电流发生器。
[0017]第二计算机程序中的第二双向接口能与第一计算程序通信。第二双线接口的特殊方式设计，使得它能执行实时通信，特别是硬实时。
[0018]基于本发明是焊接机器人中的一个变形，通过第二计算机程序，特别是通过快速现场总线以双向方式，机器人控制装置能被配置与焊接电流发生器进行实时通信。结果，机器人控制装置与焊接电流发生器以较快的速度实现通信。
[0019]通过第二计算机程序，也可以对机器人控制装置进行配置，实现同时控制焊接电流发生器和钳驱动器，或者同时控制钳驱动器和机器人手臂控制器的目的。
[0020]第二计算机程序能从第一计算机程序那收到数据，用来关闭焊钳和控制焊接电流发生器，如上述所说的关闭动作。第二计算机程序会通知第一计算机程序打开焊接钳。第二计算机程序能从第一计算机程序接受数据，控制焊钳围绕焊点转动和焊接电流发生器的转动。在实时通信中，第二计算机程序可以与具备一个用于双向焊接钳的校正站进行数据的交换。此外，自动校正台应提供焊接钳的电位和机械参数。
[0021]通过基于本发明的焊接机器人，据此可以获得一个电阻焊接的调节规律。用于控制电阻焊接的工艺过程中，特别是下述技术变量的相互作用。 [0022]焊接能 [0023]电极力 [0024]附加运动
[0025]焊接工艺中焊点的质量尤其倚重对技术变量的控制。因为技术变量的精确性和调整的同步性程度越，焊接技术越来越好。
[0026]焊接电流发生器产生的电流能更好的为焊钳提供焊能。尤其是，上述的电流经过了中频焊接转换器结合焊接变压器和焊接焊接电流发生器的整流器的处理。
[0027]焊接力，即将焊接电极压在一起的压力，是钳驱动器供给焊钳的。钳驱动器可以利用，如气动的伺服气动、或电动机来起作用。焊钳通常会优先选择电动机驱动。使用本发明的焊接机器人进行电阻焊尤其是电阻点焊时，在机器人控制装置中的钳控制器将优选地被设计作为机器人手臂(例如第七轴)的另外的一条轴。电极力的该调节还发生在机器人控制装置中借助于软件，或计算机程序。
[0028]在电阻点焊和电阻焊接作业中的额外运动是分别打开/关闭运动、补偿运动（钳调整）、旋转运动。
[0029]若允许，焊钳驱动器也可以控制焊钳的打开与关闭，并更好地协调焊钳与工件的相对运动。优异之处在于，尤其是在焊接机器人进行电阻点焊时，可以以部分重叠焊钳关闭动作的方式向焊点运动，以部分重叠焊钳关闭动作的方式向远离焊点的方向运动。关闭焊钳后，焊接电流启动的延迟和电极力的积聚可以得到一段缩进时间 ，在打开焊钳时，焊接电流关闭的延迟可以得到一段跟进时间。缩进和跟进时间是影响焊接质量的焊接参数。本发明中的焊接机器人的一项有益变动就是焊接夹钳的打开/关闭运动的控制与焊接电流的控制相协调。 [0030] 焊接夹钳的补偿动作应当确保用于变化因素的工件的焊钳的调整，例如，工件位置的变化，弯曲夹具的磨损，钳臂的弯曲。有利之处在于，由于钳臂的弯曲，根据当前的电极力，可以将补偿动作的控制和电极力的控制/规则紧紧联系在一起。
[0031] 焊接夹钳的旋转动作表现为进行焊接时，焊接夹钳围绕着焊点的轴线旋转。如果可应用，机器人的控制装置将会根据焊接机器人的调整来控制机械手臂的移动。 [0032]根据基于本发明的焊接机器人的一项实验，可实现以下功能： [0033]随着机器人的手臂的移动，可同时打开或关闭焊接夹钳。 [0034]可通过机器人控制的轴来控制和调节电极力 [0035]根据电极力校正焊接位置
[0036]焊接电流可为焊接电极提供电能 [0037]焊接电流可控制焊钳的旋转动作
[0038]附加的简图描绘了一个本发明的示范性事例，他们显示：
[0039]图片1：一个焊接机器人显示有一个工业机器人和连接在工业机器人机械手臂上的一个焊钳
[0040]图片2：焊钳
[0041]图片1显示一个焊接机器人，专门为电阻焊作业尤其是电阻点焊作业设计。本焊接机器人包括一工业用机器人，一焊钳（21）（在图片2中详细展现），以及一焊接电流发生器（1）。工业用机器人包括机器人手臂（2），还有一个用于控制机器人手臂移动的控制装置（9）。焊钳连接在机器人手臂的链接装置（8）上，因此可以随机器人手臂移动而移动。
[0042]在本示范实例中，该机器人手臂包括许多肢，依次相连并在结合处结合在一起。对肢做一下特别介绍，所述肢体包括一固定或移动框架（3）和转盘（4），转盘可以围绕框架的的垂直轴线旋转。此外在本示范实例中，机器人手臂的肢是包括一摇臂（5），悬臂（6），和一机械手（7），具有多个轴，具有特别设计的用来连接焊钳的连接装置（8），如凸缘。摇臂由最低端支撑，例如在摇杆轴承头上（没有很详细的显示），在转盘上，因此可以绕适合的水平轴线枢转。接着，悬臂支撑在所述摇臂的上端，使其可以绕合理的水平轴线枢转。机械手连接到所述悬臂的末端，具有本身合理的三轴式，其中轴线A4，A6示于图1.
[0043]机器人手臂包括连接到机器人控制装置的驱动器，在本示范实例中，是电动驱动器，为了移动机器人手臂，就要调节电力传动装置。只有几个属于电动控制装置的电动机（10-12）在图1上有显示。在工业机器人作业时，机器人控制装置通过运行的程序来操控附着的装置（8）或者一个所谓的工具中心点，执行预定的运动。若适用，理论上来说，本领域的技术人员知道如何对机器人控制装置进行调节。
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