摘要：為了充分發(fā)揮焊接機(jī)器人的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，提高工藝裝備水平，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)了一套機(jī)器人柔性焊接工作站。文中介紹了機(jī)器人柔性焊接工作站的技術(shù)方案以及關(guān)鍵部件變位機(jī)、智能搬運(yùn)器、工件定位工裝的設(shè)計(jì)。通過方案設(shè)計(jì)，解決了變位機(jī)定位精度要求高、控制系統(tǒng)與機(jī)器人的通訊、智能搬運(yùn)器的取貨動(dòng)作、工件的快速定位卡緊等技術(shù)難題。
關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人；變位機(jī)；伺服控制；智能搬運(yùn)器

隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，焊接變位機(jī)的應(yīng)用也逐漸普及，主要是在汽車，電子，機(jī)械等領(lǐng)域的焊接,焊接變位機(jī)結(jié)合焊接機(jī)器人組成一個(gè)小型流水線可以更好地節(jié)約能源和提高生產(chǎn)效率。

1 技術(shù)方案

機(jī)器人柔性焊接工作站立足于一小型自動(dòng)化流水線作業(yè)，能焊接長度在2.5米以下的各種工件，集自動(dòng)上料、半自動(dòng)定位裝卡、自動(dòng)焊接、自動(dòng)卸貨于一體。從而降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。為了達(dá)到總體設(shè)計(jì)要求，制定了滿足要求的技術(shù)方案，該設(shè)備主要由工件定位工裝、智能搬運(yùn)器、變位機(jī)、構(gòu)件周轉(zhuǎn)架、碼垛架、送料機(jī)構(gòu)、電氣及氣動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成一小型流水線，見圖1。

圖1機(jī)器人柔性焊接工作站平面圖

主要流程：1）上料機(jī)構(gòu)把原材料輸送到工位一；2）人工輔助裝卡定位；3）變位機(jī)把裝卡好的工件旋轉(zhuǎn)到工位二；3）機(jī)器人焊接位置1；4）翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)90度；5）機(jī)器人焊接位置2；6）翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)180度；7）機(jī)器人焊接位置3，工件焊接完成；8）變位機(jī)把焊接完的工件旋轉(zhuǎn)到工位一；9）智能搬運(yùn)器到工位1取貨搬運(yùn)到碼貨架。這樣一個(gè)流程結(jié)束，其中，工位一裝卡區(qū)和工位二焊接區(qū)同時(shí)進(jìn)行，大大提高了焊接效率。

2 變位機(jī)的設(shè)計(jì)

變位機(jī)是機(jī)器人柔性焊接工作站的核心部件，主要由鋼結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)軸、翻轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)軌、快速卡環(huán)等組成，如圖2。

圖2變位機(jī)平面圖

各部分的主要功能：（1）鋼結(jié)構(gòu)為支撐部件；（2）旋轉(zhuǎn)軸使工位一和工位二的位置互換，達(dá)到焊接、卸貨和裝卡目的；（3）兩個(gè)翻轉(zhuǎn)軸為工位1或工位2的變位，使得機(jī)器人在最有利于焊縫成型的位置焊接和工件裝卡；（4）導(dǎo)軌作用是導(dǎo)向智能搬運(yùn)器橫移到變位機(jī)上取貨；（5）快速卡環(huán)主要是焊接不同工件時(shí)快速更換工裝。

機(jī)器人柔性焊接工作站焊接精度主要由變位機(jī)的精度確定，由于機(jī)器人柔性焊接工作站的焊接精度在0.5mm以內(nèi)，即變位機(jī)直徑為3.8米的轉(zhuǎn)盤在旋轉(zhuǎn)180度后的定位精度在0.5mm以內(nèi)，翻轉(zhuǎn)定位精度也要在0.5mm以內(nèi)。為達(dá)到以上要求，傳動(dòng)采用伺服電機(jī)+復(fù)式活齒減速器，傳動(dòng)精度達(dá)到0.01mm。

3 智能搬運(yùn)器的設(shè)計(jì)

智能搬運(yùn)器主要由升降架，橫移架、導(dǎo)向套、橫移輪、伸縮叉臂等組成，通過三臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能同時(shí)升降、橫移、伸縮動(dòng)作的功能，從而達(dá)到卸貨目的，如圖3。

圖3 智能搬運(yùn)器三視圖

智能搬運(yùn)器是機(jī)器人柔性焊接工作站實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)的重要部件，主要作用是通過導(dǎo)軌把變位機(jī)上焊接完成的工件搬運(yùn)到碼貨架，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了碼垛效率。

4 工件定位工裝的設(shè)計(jì)

工件定位工裝主要由工裝支座、定位勾、定位架、氣缸等組成，工裝支座為通用型，根據(jù)不同工件更換不同的定位架安裝在工裝支座上，通過變位機(jī)快速卡環(huán)將整個(gè)工件定位工裝與變位機(jī)連接；如圖4。

圖4 工件定位工裝立面圖

為同時(shí)實(shí)現(xiàn)工件的定位卡緊，巧妙的利用氣缸的伸縮動(dòng)作，通過彈簧、拉鉤，實(shí)現(xiàn)了工件的定位卡緊兩個(gè)動(dòng)作。通過變異，這一機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用在其他工件的定位卡緊中。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖5 控制系統(tǒng)圖

控制系統(tǒng)揉合了人機(jī)界面、伺服閉環(huán)驅(qū)動(dòng)、PLC定位模塊等主流自動(dòng)化控制元件，精度得到了保證，操作更便利，維護(hù)更簡(jiǎn)單。

6 結(jié)束語

本文通過對(duì)機(jī)器人柔性焊接工作站的方案設(shè)計(jì)以及重要部件變位機(jī)、智能搬運(yùn)器、工件定位工裝的設(shè)計(jì)分析，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中揉合了人機(jī)界面、伺服閉環(huán)驅(qū)動(dòng)、PLC等主流自動(dòng)化控制元件；并通過PLC與焊接機(jī)器人通訊，使得焊接變位機(jī)與焊接機(jī)器人無縫聯(lián)接。解決了以下關(guān)鍵技術(shù)：

（1）傳動(dòng)采用伺服電機(jī)+復(fù)式活齒減速器，解決了變位機(jī)定位精度的高要求；

（2）解決了控制系統(tǒng)與機(jī)器人通訊問題；

（3）解決了工件的快速定位卡緊；

機(jī)器人柔性焊接工作站的設(shè)計(jì)及投入使用，極大的提高生產(chǎn)效率，與人工焊接比較，效率提高了3倍多，并且大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。