弧焊机器人的特点和应用

1.弧焊机器人的系统构成及规格参数

（1）弧焊机器人系统的构成 一套完整的弧焊机器人系统如图8-70所示。它包括机器人本体（见图8-71）、控制系统、焊接装置、焊件夹持装置。夹持装置上有两组可以轮流进入机器人工作范围的旋转工作台。

图8-70 弧焊机器人系统

1—操作机 2—焊件变位器 3—控制盒 4—焊接设备 5—控制柜

图8-71 弧焊机器人

1）弧焊机器人的动作形态。弧焊机器人通常有五个以上自由度，具有六个自由度的机器人可以保证焊枪的任意空间轨迹和姿态。点至点方式移动速度可达60m/min以上，其轨迹重复精度可达到±0.2mm，它们可以通过示教和再现方式或通过编程方式工作。目前多采用全关节型弧焊机人，如图8-72所示。

2）弧焊机器人周边设备。弧焊机器人只是整个焊接机器人系统的一部分，还应有行走机构及小型和大型移动机架。通过这些机构来扩大机器人的工作范围，如图8-73所示，同时还具有各种用于接受、固定及定位焊件的转胎，如图8-74所示，以及定位装置和夹具。

图8-72 全关节型弧焊机器人操作机动作形态

1—手腕 2—小臂 3—肘 4—大臂 5—腰 6—机座 7—焊枪

在最常见的结构中，弧焊机器人固定于机（基）座上（见图8-70），焊件转胎则安装于其工作范围内。

另外，根据不同系统配置要求可选用不同的周边设备。这些周边设备有清枪装置、剪丝装置、喷硅油装置、烟尘净化装置、焊丝检测装置（检查是否有焊丝）、压缩空气检测装置（检查压缩空气气压）、焊接保护气体检测装置（检测焊接保护气体流量）等。这些周边设备可以单独选用，也可以多个选用。

图8-73 机器人倒置在移动门架上

1—定位焊缝 2—移动门形架 3—机器人台车 4—肋板 5—焊枪 6—工宇钢

图8-74 弧焊机器人用专用转胎

3）弧焊机器人焊接设备。用于弧焊机器人的焊接电源及送丝设备，由于参数选择必须由机器人控制器直接控制。因此，一般至少通过两个给定电压达到上述目的。在复杂的过程中，例如脉冲电弧焊或填丝钨极惰性气体保护焊时，需要2～5个给定电压。电源在其功率和接通持续时间上必须与自动过程相符合，必须安全地引燃，并无故障地工作。使用最多的焊接电源是晶闸管式整流弧焊电源，近年的晶体管脉冲电源对于弧焊机器人具有特殊意义，这种晶体管脉冲电源无论是模拟的或脉冲式的，通过其脉冲频率的无级调节，在结构钢、铬镍钢及铝焊接时都能保证实现接近无飞溅的焊接。与采用普通电源相比，可以使用更粗直径的焊丝，熔敷效率更高。

送丝系统必须保持恒定送丝，送丝系统应设计成具有足够的功率，并能调节送丝速度。为了使机器人能自由移动，必须采用软管，但软管应尽量短，弧焊机器人工作时，由于焊接持续时间长，经常采用水冷式焊枪，焊枪与机器人末端的连接处应便于更换，并需有柔性的环节或制动保护环节，防止示教和焊接时与焊件或周围物体碰撞影响机器人的寿命。焊枪与机器人连接的实例如图8-75所示。装夹焊枪时应注意焊枪伸出的焊丝端部的位置应符合机器人使用说明书所规定的位置，否则示教再现后焊枪的位置和姿态将发生偏差。

4）弧焊机器人变位机构（变位机）。机器人焊接系统所用的变位机构种类很多，如机器人变位的直线行走机构，工件变位的直线行走机构以及工件变位的变位机。机器人变位的直线行走机构有单轴、双轴和三轴三种形式；工件变位的直线行走机构以单轴形式居多；工件变位的变位机形式则很多，按变位轴数分类有单轴、双轴、三轴以及多轴，按变位形式分类有翻转、回转、翻转加回转，按动作形式分类有与机器人协调的和非协调的。具体选用哪种形式的变位机构，主要由焊缝的空间位置形式决定。但总的来说要让机器人具备焊接可达性和机器人在焊接时要使焊缝处在最佳焊接位置，并使焊枪能有效地避开一切干涉。

图8-76所示为几种可供与弧焊机器人配套用的双工位焊件变位器。图8-77为具有两工位回转工作台的变位器配置实例。

图8-75 焊枪与机器人连接的实例

1—前臂 2—转轴中心 3—夹具 4—焊枪 5—导电嘴 6—喷嘴 7—焊丝 8—调距垫

图8-76 与弧焊机器人配套用的双工位焊件变位器

图8-77 配备具有两工位回转工作台的焊件变位器

1—工作台 2—弧光-飞溅隔离屏 3—机器人操作机

5）弧焊机器人焊接卡具。就机器人焊接系统的设计而言，焊接卡具的设计是最为重要的，卡具设计的合理与否直接关系着系统应用的成功与否。卡具设计时要重点考虑以下因素：

①要保证总成件的安装精度。

②焊接零部件装卸过程要简易方便。

③定位和夹紧机构不得干涉焊枪的焊接路径。

④要有合适的夹紧力，有效防止焊接变形。

⑤充分考虑卡具的可调整性。

⑥应用正确的设计规范，考虑卡具的互换性。

6）弧焊机器人的动作节拍。在引入机器人系统前，机器人的生产能力和生产效率的评判是必需的。因此，机器人动作节拍的计算也是一项很重要的工作。

下面以CO₂、MAG焊接方法，单工位系统形式为例进行说明。

①机器人动作节拍周期（T）的构成：焊接时间（T_W）、机器人跳转时间（T_A）、变位机变位时间（T_P）以及工件的装卸时间（T_f）。

T=T_W+T_A+T_P+T_f （8-2）

②焊接时间（T_W）：

式中 L_i——各条焊缝的长度，mm；

v_i——各条焊缝的焊接速度，mm/min；

t——每条焊缝的引弧和填弧坑时间，s；

n——焊缝条数。

v_i由设计者根据具体的焊接工艺得出：t的数值一般根据表8-5选用。

表8-5 板厚与t的关系

③机器人跳转时间（T_A）：

T_A=nK₁+fK₂+0.3n （8-4）

式中 n——焊缝条数；

K₁——两条焊缝之间的机器人跳转时间，s；

f——焊枪姿态变化次数；

K₂——焊他姿态变化时间，s。

K₁的取值如下：

当卡具机构对焊枪的干涉很少时，K₁=0.9；通常值K₁=1.0；当夹具的机构干涉严重、机器人跳转空间距离大时，K₁≥1.1。

K₂的取值如下：

当姿态变化简单，并巨姿态的变化是在机器人跳转中完成的，K₂=0.2；通常值K₂=0.3；当姿态变化复杂时K₂=0.4；

依据经验，参照上式计算所得机器人跳转平均时间为1.6s。

④变位机变位时间（T_P）：变位机的变位时间与变位机翻转速度以及变位幅度有直接关系。变位机翻转速度是由电动机转速、减速机减速比决定的。另外，在变位机变位时间中是否已包含了机器人的跳转时间，也是需要考虑的。

⑤工件的装卸时间（T_f）：工件的装卸与卡具复杂程度和工件零部件的数量有关系。

焊接机器人双工位应用形式是最常见的。因此，在设计机器人系统时首先应该考虑双工位或多工位的应用形式。

（2）弧焊机器人的规格参数 典型弧焊机器人的主要规格参数见表8-6。

表8-6 典型弧焊机器人规格参数

2.弧焊机器人的基本功能

（1）空间焊缝轨迹和与其相适应的焊枪姿态运动 它是由机器人的机械执行机构和运动控制装置实现的。焊接机器人的机械机构是一个实现焊接接头各种运动的操作机。目前焊接机器人的操作机有两种形式：机床式和手臂式（关节式）。机床式焊接机器人其轨迹定位精度高，但它的有效工作空间小于机器人本身占有空间。主要用于焊接小型精密焊件。它可采用直角坐标系，因而其位置运动计算方程比较简单。手臂式焊接机器人实现高精度轨迹定位比较困难，但有效工作空间大，灵活性和通用性高。因此，它的应用面广。它采用球面坐标系，其运动计算方程比较复杂。

焊接机器人的操作机要保证焊接机头的运动轨迹、运动速度和机头姿态。因此，至少需要5个方向的自由度，即X、Y、Z方向的直线运动以保证实现任意空间曲线的运动轨迹；两个方向的旋转运动以保证焊枪或焊钳的姿态。如果采用非熔化极焊填丝，则需要三个方向的旋转，即六个方向自由度，才能保证填丝方向的合适角度。

几种弧焊机器人的运动系统结构如图8-78所示。

机床式焊接机器人采用三个独立的直线运动坐标轴以移动焊枪到空间任何预定点上，从而实现跟踪焊缝的任何空间轨迹。2～3个旋转坐标轴转动焊枪处于焊接工艺所要求的空间姿态。这两类运动是相关联的。一方面焊枪姿态是随焊缝轨迹的不同点而变化的；另一方面当转动焊枪姿态时，焊枪头部所对的轨迹点必将产生位移，需要在保证焊枪姿态的条件下把焊枪头部调回原轨迹点。这个任务是由控制装置自动完成的。

手臂式焊接机器人是一个带传动链和复杂作用的多连杆件空间机构。通常用3个旋转（或2个旋转和1个直线）运动（腰旋转、臂旋转、肘旋转）来完成机器人的手臂运动，以实现跟踪空间焊缝轨迹。另外3个旋转运动完成焊枪的空间姿态变化。它的特点是在操作机底座面积小的情况下具有较大的工作空间，它的轨迹运动和姿态运动也需要建立相互联系。

图8-78 几种弧焊机器人的运动系统结构

实际上述两类运动的指挥机构就是机器人控制装置。现代焊接机器人的控制装置由微型计算机、接口和条件化电路构成。微型计算机按照示教时建立的程序，顺序地再现每一条指令。其控制方式一般采用轨迹控制和点位控制复合系统。轨迹控制方式是控制三个主坐标运动，每条指令都给出各主坐标的分矢量运动方向和位移量，同时对位移量做细分插补（分直线、圆弧、二次曲线插补），从而实现要求的焊缝轨迹运动。点位控制方式是控制焊枪的姿态变化，在每条指令中向3个姿态坐标发出旋转方向和转角。由于焊枪姿态的精度要求比轨迹要求低，因此在点与点之间可以不进行插补处理。

（2）焊接速度控制 焊接机器人应具良好的运动动态品质。焊接机器人操作机是一种多连杆立体机构。而工作机构的任意运动都是沿着各个坐标轴运动分量的合成。运动时沿每个坐标轴作用的动态力不仅取决于该方向给定的位移，还与各个连杆件的相互位置有关。即各连杆相互位置的变化将导致操作机驱动装置上的负荷变化和操作机的固有振荡频率的改变。像这样的机械结构是低阻尼低频振荡系统。当驱动装置停止时，过渡过程会出现低频衰减振动，它会引起定位误差的动态分量，在快速运动中将成为严重的干扰。因此，焊接机器人的允许焊接速度不仅和焊接工艺要求有关，而巨和机器人的机构型式和驱动控制方式有关。为了提高焊接机器人的运动动态品质需要从多方面抑制上述振动。采取的措施是操作机工作机构增加反馈校正，增加操作机的刚度以提高固有频率，在每次从一点到另一点运动时间间隔中确定最合理的速度变化规律（焊接机器人从一点到另一点运动过程中，其速度是变化的。有启动段和制动段，但其平均速度应符合定焊接速度）。

（3）示教再现性 焊接机器人的示教再现是一项基本功能。示教就是操作者应用从机器人控制箱上引出的手控匣，用手控制安装在焊接机器人上的焊枪沿焊缝运动，完成第一次冷态焊接循环（即不引弧），同时逐点地把焊缝位置、焊枪姿态和焊接条件（焊接速度、电流、送丝速度）记入微机内存，从而生成一个焊接该产品的焊接程序。示教完成后，按下运行按钮，焊接机器人将再现示教的全部焊接操作。因此，这种方法是简单方便的，不需要任何附加装置，普通工人就能适应。

焊接机器人的示教控制匣分成机器人运动控制和焊接条件设定两部分。在示教匣上，焊接参数如电流、电压和焊接速度直接用数宇键输入，并有数码管显示以供校核。由于焊接参数是预先试验设定的，而实际焊接情况和实际条件会有所不同，因此示教匣允许对已设定的焊接参数进行实时修正和调整。示教时修正和调整的方法主要有以下几点：

1）检查功能。在示教过程中可以随时显示已存入内存的各点位置和其他信息以便检查。

2）修改已示教的数据。可以用示教一个新的点以替原来点的数据。

3）对已示教段，可以任意增置新的示教点以修改原示教轨迹。

4）对已示教段，可以任意取消示教点。取消后，程序将自动重新排列编号。

5）在手控匣上设有向前一步和后退一部的按钮。它将使示教者很方便地进行检查和修改。

6）可以实现两个示教程序的连接。这可以减少部分重复的示教操作。

7）出错提示。示教操作者有错误时，显示装置将显示出提示信息。

（4）焊接条件设定 焊接机器人在逐点示教焊缝轨迹的同时设定焊接条件，而在焊接过程中将这些条件逐次读出和实施。

（5）外部设备控制 焊接机器人的生产效率发挥需要完善的配套外部设备，如夹紧工件的夹具、转动工件的转胎、翻动工件的翻转台、连续输送工件的输送带等。这些外部设备的运动和位置都是和焊接机器人相配合，应具有很高的精度。因此现代焊接机器人都设有数个外部控制端口，它可以提供外部必要的信号。

（6）可操作性 操作者对机器人进行轨迹示教、作业顺序设定、焊接条件设定等。因此机器人必须具备一定的可操作性。就可操作性而言，要求弧焊机器人所具备的焊接功能、引弧功能、熄弧功能、再引弧功能、中途断弧后的再起动功能、防粘丝功能、摆焊功能、电流电压设定功能、电流电压渐变功能、焊接速度设定功能等。弧焊机器人基本焊接功能见表8-7。

表8-7 弧焊机器人基本焊接功能

表8-7中一些内容的说明如下：

1）引弧功能是机器人向焊机发出的何时进行焊接引弧的命令。引弧命令可以后缀焊接电流、焊接电压、引弧点的暂停时间以及引弧失败后的再引弧命令等。引弧命令也可以直接调用引弧条件文件，在该文件中可以设置焊接电流、焊接电压、焊接速度、引弧点的暂停时间以及引弧失败后的再引弧命令等。同时，引弧条件文件有一般型文件和强化型文件，强化型文件中可以对引弧点的引弧电流、引弧电压、暂停时间进行专门设定。（因为有些焊接材质或焊缝接头，要求引弧点的焊接参数比焊缝段的焊接参数更大或更小）。

引弧命令的编写举例如下：(www.xing528.com)

ARCON AC=180A AV=23V（AVP=100%）T=0.2mes V=55cm/minRETRY

或者：

ARCON ASF（1#）

其中，AC是焊接电流，AV是焊接电压，AVP是一元化焊机的电压输入方式，T是暂停时间，V是焊接速度，RETRY是再引弧命令，ASF（1#）是1#焊接条件文件。

2）熄弧功能是机器人向焊机发出的何时进行焊接熄弧的命令。熄弧命令可以后缀熄弧电流。熄弧命令也可以直接调用熄弧条件文件，在该件文件中可以设置熄弧电流、熄弧电压、熄弧点的暂停时间以及粘丝接解除命令等。同时，熄弧条件文件有一般型文件和强化型文件，强化型文件中可以对熄弧点的电流、电压、暂停时间设置为二级，譬如一级熄弧条件为AC=100A AV=19V（AVP=95%）T=0.2mes，二级熄弧条件为AC=70A AV=17V（AVP=90%）T=0.4mes，这可以更好地对弧坑进行填充并有效地防止弧坑硬化或出现弧坑裂纹。

熄弧命令的编写举例如下：

图8-79 再引弧功能的动作示意图

ARCON AC=100A AV=19V（AVP=95%）T=0.2mes V=55cm/min ANSTICK

或者：

ARCON ASE（1#）

其中，ANSTICK是粘丝解除命令，ASE（1#）是1#焊接条件文件。

3）再引弧功能。在工件引板点处有铁锈、油污、氧化皮等杂物时，可能会导致引弧失败。通常，如果引弧失败，机器人会发出“引弧失败”的信息，并报警停机。当机器人应用于生产线时，如果引弧失败，便有可能导致整个生产线的停机。为此，可利用再引弧功能来有效地防止这种情况的发生。

再引弧功能的动作示意如图8-79所示。与再引弧功能相关的最大引弧次数、退丝时间、平移量以及焊接速度、电流、电压等参数均可在焊接管理条件文件中设定。

①起始点引弧失败。

②从引弧失败点处移开一点，进行再引弧。（引弧电流、电压、速度等再引弧条件预先在引弧条件文件中设定）。

③引弧成功，返回起始点，之后继续以正常焊接条件进行焊接作业。

4）再起动功能：因为工件缺陷或其他偶然因素，有可能出现焊接中途断弧的现象，并导致机器人报警停机。如果利用再起动功能可有效地防止这种情况的发生。

再起动功能的动作示意如图8-80所示。与再起动功能相关的最大引弧次数、焊缝搭接量以及焊接速度、电流、电压等参数均可在焊接辅助条件文件中设定。

①焊接中途发生断弧。

②机器人计算出断弧点到停机点的距离，再加上预先设定的搭接量，而后返回，引弧并进行焊接。在搭接焊缝段，机器人以预先在焊接辅助条件文件中设定的焊接条件进行焊接；在搭设焊缝段之后，再以正常焊接条件进行焊接。

③如果断弧是由机器人不可克服的因素导致的，则停机后必须由操作者手工介入。手工介入解决问题后，使机器人回到停机位置，然后按“起动”按钮，使其以预先设定的搭接量返回，之后再进行引弧、焊接等作业。

5）粘丝解除功能（又称为防粘丝功能）。大多数的自动焊机都具有防粘丝功能（动作示意图如图8-81所示），即在熄弧时，焊机会输出一个瞬间相对高的电压以进行粘丝解除。尽管如此，在焊接生产中仍会出现粘丝现象，这就需要利用机器人自动解除粘丝功能。自动解除粘丝功能也是利用一个瞬间相对高的电压以使焊丝粘连部位爆断。至于自动解除粘丝的次数、电流、电压、时间等参数均可在焊接辅助条件文件中设定。

自动解除粘丝功能的动作示意如图8-82所示。

图8-80 再起动功能动作示意图

图8-81 焊机防粘丝功能动作示意

a）发生粘丝 b）进行粘丝解除 c）经过焊机自身的粘丝解除处理后，粘丝仍未能解除，则利用机器人的自动解除粘丝功能

6）摆焊功能。摆焊工艺是一些厚板焊接必不可少的，同时当应用电流传感的焊缝跟踪技术时，摆焊功能也必须一同使用。有关摆焊条件可在机器人的摆焊条件文件中设定，例如摆动方式、摆动频率、摆幅以及角度等。机器人操作系统中可定多个摆焊条件文件。

图8-82 自动解除粘丝功能动作示意图

摆焊的摆动方式一般有单振摆、三角形摆、L形摆等，并巨其尖角可被设定为有无平滑过渡。图8-83为摆焊的动作形态示意图。

7）电流、电压渐变功能。为了适应铝材、薄板以及其他特殊材料的焊接，弧焊机器人还具有焊接参数渐变功能，即在某一区段内将电流（电压）由某一值渐变至某一值。其示意说明如图8-84所示。

8）焊接管理功能：弧焊机器人的操作系统中，还含有焊接管理功能。用它可以进行清洗焊枪、喷硅油、更换导电嘴等维护事项的管理。由于焊接飞溅，需要对喷嘴进行定时清洗和喷硅油。另外，由于导电嘴的磨损，也需要对导电嘴进行定时更换。一般情况下，可以在该管理文件中进行设定：当焊接时间达到某一设定值（如30min）时，机器人便自动对喷嘴进行清洗和喷硅油；当焊接时间达到某一设定值（如240min）时，机器人便会给操作者发出信息，要求更换导电嘴。导电嘴更换时间的设定与操作者所使用导电嘴的品质有直接关系，操作者可以根据所使用导电嘴的磨损周期来设定该时间。

（7）焊接异常检出 焊接机器人进行焊接作业时，由于操作无法经常监视它的工作情况，因此一旦焊接过程不正常，机器人必须具有自动检出和报警的功能。否则，不但焊不出优质的焊缝，而巨会损坏工件或机器人本身。

1）断弧是一种容易发生的异常现象。它可以由于送丝卡住、钨极烧损、工件变形等许多因素造成。但是，断弧的电特征是明显的，即电流为零和电压跃升为空载电压。焊接机器人一旦检出上述特征，将立即停止运动并发出警报，等待操作员处理和重新引弧。

2）焊丝和工件粘住是一种更为危险的异常现象，如不及时处理，就有可能把工件从夹具拉出来造成严重事故，或者把机器人损坏。因此，焊接机器人对此设定自保护功能。在焊接过程中检测出焊接电流急增为短路电流、焊接电压突变为零，焊接机器人立即切断焊接电源和停止运动，并发出报警等待处理。

图8-83 弧焊机器人的摆动方式

a）直线单振摆 b）L形 c）三角形 d）U形 e）台形 f）高速圆弧摆动

图8-84 焊接渐变功能

a—以引弧条件文件中设定的规范参数引弧 b—焊接电流（电压）由小渐变大 c—以恒定的焊接参数焊接 d—焊接电流（电压）由大渐变小 e—以熄弧条件文件中设定的焊接参数熄弧

3.弧焊机器人的选项功能

一般而言，弧焊机器人为了适应特殊焊接要求，还具有很多选项功能，如始端检出功能、焊缝跟踪功能、多层焊功能、协调焊接功能等。

（1）始端检出功能 如果工件加工精度和（或）装卡精度存在误差而不能保证焊缝起始点的一致性，则可以应用机器人的始端检出功能来弥补这个误差。当前使用最为普遍的检出方法是接触传感。也就是通过焊丝尖端点接触工件表面，使机器人得到一个信号（机器人焊机的“+”“-”两侧一般有10V左右的电压，在焊丝尖端点接触工件表面时，该电压为0，由此机器人可获取该信号），然后机器人通过计算参考点与接触点之间的偏移量来寻找所要的焊接的起始位置。始端检出功能可以对以下几种位置进行检出：

1）检出焊接起始点，如图8-85所示。

2）检出焊接起始断面，如图8-86所示。

3）检出隅点，如图8-87所示。

图8-85 检出焊接起始点示意图

图8-86 检出焊接起始断面示意图

图8-87 检出隅点示意图

4）检出圆心，如图8-88所示。

（2）焊缝跟踪功能 当前，实际生产中焊接机器人所使用的焊缝跟踪方法有摆动电弧跟踪、旋转电弧跟踪、激光扫描跟踪等。但最常用的是摆动电弧跟踪。

摆动电弧跟踪的旋转电弧跟踪都需要弧焊机器人加装电弧传感器和相应的数据处理软件。焊接过程中，当焊枪与工件焊缝之间的相对位置发生变化时，便可引起电弧自身电流参数的变化，由此可使电弧传感器获取与该变化情况相关的信号，然后，将该信号传送给机器人信号处理系统。机器人信号处理系统对传送来的信号进行误差过滤，调制解调，放大运算，最后经功率放大再输出驱动信息给机器人本体，而后，机器人本体便可对焊接路径进行修正，从而达到焊缝跟踪的目的。

激光扫描跟踪需要弧焊机器人加装激光发生器、激光传感器以及相应的数据处理软件。焊接途中，激光传感器把通过扫描焊缝所获取的光信号转换为电信号，并将电信号传送给机器人信号处理系统。机器人信号处理系统对传送来的电信号进行误差过滤，调制解调，放大运算，最后经功率放大再输出驱动信息给机器人本体，而后，机器人本体便可对焊接路径进行修正，从而达到焊缝跟踪的目的。

一般情况下，焊缝跟踪功能要协同始端检出功能一起使用。

摆动电弧焊缝跟踪动作示意如图8-89所示。

图8-88 检出圆心示意图

a）三点检出 b）四点检出

图8-89 摆动电弧焊缝跟踪动作示意图

（3）多层焊功能 一般而言，当工件焊缝高要求超过8mm时，则要应用多层焊来满足工件焊缝的设计要求。

机器人多层焊功能应该具备表8-8所述的内在功能。

表8-8 机器人多层焊内在功能

图8-90 机器人控制系统

（4）协调焊接功能 当前机器人控制技术可以实现一套控制系统同时控制几个机器人本体和多个外部轴（MOTOMAN机器人控制系统可以实现同时控制3台机器人本体和9个外部轴，共27个轴）。

机器人与机器人之间或机器人与外部轴（变位机或机器人行走机构）之间通过协调动作进行作业，以使焊缝适时地处于最佳焊接姿态，称为机器人的协调焊接功能。

生产中应用最普遍的是机器人与由外部轴驱动的变位机之间的协调焊接作业，机器人与机器人之间的协调焊接也有大量应用。

4.弧焊机器人的控制系统

弧焊机器人的控制系统在控制原理、功能及组成上和通用型机器人基本相同，如图8-90所示。目前最流行的是采用分级控制的系统结构。一般分为两级，上级负责管理、坐标变换、轨迹生成等，下级由若干处理器组成，每一处理器负责一关节的动作控制。这样实时性好，易于实现高速、高精度控制，还易于扩展。控制方式一般是点位控制（PTP）或连续路径控制（CP），前者只控制运动所达到的位置和姿态，而不控制其路径；后者不仅要控制行程的起点和终点，而巨控制其路径。弧焊机器人周边设备的控制，如工件上料速度及定位夹紧、变位、送丝速度、电弧电压、焊接电流、保护气体供断等的调控，设有单独的控制装置，可以单独编程，同时又和机器人控制装置进行信息交换。由机器人控制系统实现全部作业的协调控制。

控制系统与外围设备的连接 控制系统不仅要控制机器人机构手的运动，还需控制外围设备的动作、开启、切断以及安全防护，控制系统与外围设备的信号连接如图8-91所示。

图8-91 控制系统与外围设备的信号连接

图8-92 自行车前三角架弧焊机器人系统

5.弧焊机器人的应用

随着弧机器人应用技术的成熟，弧焊机器人的应用领域也越来越广。除汽车行业之外，弧焊机器人在工程机械、农业机械、家用电器、铁道车辆制造以及金属结构等多个焊接加工领域都有应用。

目前，弧焊机器人可以被应用在所有电弧焊、等离子弧焊、切割技术范围及类似的工艺方法中。最常用的是结构钢和铬镍钢的熔化极活性气体保护焊（CO₂气体保护焊、MAG焊）、铝及特殊合金熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）、铬镍钢和铝的加冷丝和不加冷丝的钨极惰性气体保护焊（TIG焊）以及埋弧焊。除气割、等离子弧切割及等离子弧喷涂外，还实现了在激光切割上的应用。

弧焊机器人应用实例：这里介绍使用国产GRJ-GI弧焊机器人焊接自行车前三角架的例子。图8-92为该弧焊机器人及其周边设备简图，表8-9为机器人的主要技术参数。该机采用具有6个自由度的多关节型操作机，示教再现的操作方法。焊件变位器是具有双工位的回转台，可手动操作回转180°。台上中间加隔板，工人在一边上、下料，另一边是机器人施焊。利用气动定位锁紧，回转台夹具出现误动作时，机器人不动作，以保安全。焊接工艺的要点是，焊枪起弧后快速移到起焊点并延时，以防虚焊；熄弧时电流逐渐衰减至零。用直流电，电弧电压16～44V，焊接电流60～400A；焊接速度5～20mm/s；混合气体比例CO₂：Ar为1：4。

由于采用弧焊机器人，由弧焊工艺代替了旧的管接头连接的盐浴钎焊工艺，降低了能耗，减轻了工人劳动强度，改善了劳动环境，产品质量提高，一次合格率从旧工艺的93%上升到99%；生产率也从原来每件需29min减到每件20min；金属材料定额也从13.26kg/辆下降到9.45kg/辆，按年产40万辆自行车计，则节约原材料1500t，每年节约工时32个·年；以往产品更新需一年时间，而使用弧焊机器人后，两个月即可推出一种新车型，增强了产品竞争能力。

表8-9 GRJ-GI机器人技术参数

应用机器人时的注意事项

机器人用于TIG焊时需要特别注意高频干扰问题。用于TIG焊的机器人专门安装有防高频干扰的焊接基板。同时要求焊接夹具和机器人的其他周边设备具有良好的接地，接地电阻要小于100Ω。

机器人用于等离子弧焊和等离子弧切割时需要要注意的是机器人控制系统能够有效地打开或切断焊接保护气和焊接等离子气两路气流，并巨能够设定引导弧和主电弧两种电弧的参数。

机器人火焰切割应用比较简单，只需要注意机器人能够控制火焰的引燃以及及时打开预热气流和切割气流。但是，因为机器人用于火焰切割时只是简单的I/O控制，因此，也就特别要注意操作安全，例如操作者利用示教盒试运转机器人时，也会启动控制易燃气体的电磁阀，如果不注意这些事项就会发生燃烧或爆炸的事故。