全位置智能焊接机器人研究及应用

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1、全位置智能焊接机器人研究及应用北京石油化工学院研究开发的具有自主知识产权的系列化无导轨、有导轨及柔性导轨全位置智能焊接机器人，包括焊接机器人机械机构、自动跟踪、焊缝轨迹示教、焊接工艺参数管理系统等关键技术的研究，其产品已在多个国家重大工程项目中得到应用。焊接机器人在焊接生产中可大大提高生产设备的自动化水平、焊接质量和生产效率，保证焊接过程的稳定性和产品的一致性，减小劳动强度，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。自20世纪90年代以来，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展

2、。焊接机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而焊接机器人的制造成本和价格却不断下降。和焊接机器人价格相反的是，焊工的劳动力成本有不断增长的趋势，劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，因而焊接机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机。笔者所在团队从事焊接机器人及其相关技术研究已有10余年，先后承担了九五“863”项目和十五“863”重大科研项目，已研制出无导轨、有导轨和柔性导轨等三个系列多种全位置焊接机器人产品，并在国家体育场“鸟巢”工程等国家重大工程项目中得到应用，目前正在积极推进焊接机器

3、人的产业化。无导轨全位置焊接机器人研究为适应石油石化、冶金建设、船舶制造及压力容器制造等行业要求现场安装制造、焊接施工量大、焊缝不规则及焊接工艺复杂等特点，在九五“863”项目研究成果基础上，研制出了BIPT-3全位置智能焊接机器人、BIPT-5无导轨全位置焊接机器人和QB-1轻便型无导轨全位置焊接机器人等多种无导轨全位置焊接机器人。1.无轨道全位置焊接机器人机构特点为了能在焊接工件表面直接吸附行走，无导轨磁轮自由行走式焊接机器人行走机构采用行车式四磁轮柔性行走机构，该机构主要由底板与左右两侧磁轮箱组成，底板与左右两侧磁轮

4、座间通过铰链机构柔性连接，如图1所示。磁轮箱中的磁轮由交流伺服电机通过减速器驱动。 图1 无导轨全位置焊接机器人结构该磁轮机构左右磁轮轮箱能相对偏转，自动保证四磁轮同时接触焊件表面。各磁轮与钢板构成封闭磁路，磁吸力达到200kg以上。四磁轮均为主动轮，保证全位置行走平稳可靠。左右磁轮可进行差动工作，实现左右转弯，甚至原地转动。2.无轨道全位置焊接机器人控制系统特点该系列焊接机器人采用PLC为主控制器，并配置自主研发的CCD光电传感器。该系统在焊接过程中实时控制焊枪依照焊缝跟踪线运动，其跟踪精度高，在多层多道焊接时，无累积跟

5、踪误差，并具有手控盒输入输出模块及液晶显示输入模块，焊接操作十分方便。同时还具有位置检测传感器及焊接参数存储控制模块，可存储并实时调用全位置焊接工艺参数，适合大厚板的多层多道全位置焊接作业。3.CCD光电跟踪传感器研究焊缝检测及自动跟踪技术是无导轨全位置焊接机器人实现自动化焊接所需解决的一个关键技术问题。经过长期研究，已开发出具有自主知识产权的CCD光电跟踪传感器及相应跟踪控制系统。该系统采用线阵CCD芯片作为检测元件，通过检测与焊缝平行的焊缝跟踪线，来进行全位置实时跟踪。CCD光电跟踪传感器检测信号处理波形如图2所示，C

6、CD检测反映焊缝位置的黑线，经二值化处理后得到反映黑线位置信息的二值化信号波形，再经单片机进行信号计算处理后，便可得到与此黑线位置相对应的模拟量输出。焊接机器人微机控制系统采样CCD模拟量输出信号，对焊枪进行焊缝跟踪控制。 图2 光电跟踪传感器检测信号处理波形CCD光电跟踪传感器系统的特点是无需直接检测焊缝，不受弧光干扰，检测信号稳定，跟踪精度可达1mm以内，可成功解决多层多道焊的焊缝跟踪问题。有导轨全位置焊接机器人研究有导轨全位置焊接机器人是沿导轨进行焊接作业的一类焊接机器人，其运行轨迹相对固定，运动重复性好，适用于规则

7、焊缝的焊接。其导轨可为直导轨，也可为圆导轨。有导轨全位置焊接机器人有GDC-1轨道式焊接机器人、GDC-3管道自动焊接成套设备、GDC-4管道自动焊接成套设备及GTC-2轨道式管道TIG焊接机器人等多种机型。nextpage有导轨全位置焊接机器人具有位置传感器，能够自动识别焊接小车所在的空间位置；焊接参数存储控制模块允许操作者分道分区设定不同的焊接工艺参数；焊接电源联机控制模块使焊接机器人与焊接电源联动控制，可自动调节全位置焊接工艺参数；焊缝轨迹示教模块使操作者能对焊缝轨迹进行在线示教，从而使焊接机器人能适应各种不规范焊缝

8、的全自动焊接，减少焊接过程中的人为干预；此外有轨道焊接机器人还具有直摆和角摆两种摆动方式，可适应不同焊接工艺对焊枪摆动方式的需求。1.导轨行走机构研究有导轨全位置焊接机器人行走机构如图3所示，在车体内部安装有导向夹紧机构，车体通过导向夹紧机构与齿条型刚性轨道可靠滚动连接。此行走机构由交流伺服电机驱动，行