第二章 机器人焊接系统设备及试验材料

2。1 选择的焊接机器人

本实验主要是针对为了在狭小空间内实施仰焊，以满足生产线或其他工业需要， 并且在焊接过程中尽量保证焊接质量和焊缝成形，从而选择使用KUKA KR5 ARC HW 型 机器人。这种机器人是库卡机器人系列产品中体型最小、较为灵活的机器人[17]。这种 机器人结构小巧尺寸紧凑安装位置广泛，同时由于机器人多轴配合联动，保证了焊接 构成的稳定性和焊接质量。机器人的电缆设置在内部，方便机器人灵活移动焊枪也便 于安装送丝机[18]。这种机器人的六个轴中四轴能够无限制回转，便于调整焊枪角[19] 度。机器人还能在焊接过程中保证焊丝与工件的距离保证不会断弧。机器人如图 2。1 所示，机器人的各项参数参见图 2。2 和表 2。1。

图 2。1 KUKA KR5 ARC HW 型焊接机器人

图 2。2KUKA KR5 ARC HW 型焊接机器人结构尺寸和工作范围

表 2。1 焊接机器人 KUKA KR5 ARC HW 的各项参数 型号 KUKA KR5 ARC HW焊接机器人

有效载荷 手臂上的附助负载 总的负载

轴的个数 重复精度 控制器 近似重量 空间活动范围 工作温度

噪声

5 kg 12/-/20 kg

37kg 6

± 0。1mm KRC2

126kg 9。8m3

+10℃~+55℃

<75d B

2。2 机器人控制柜

控制柜有很多不同的组件组成，内部结构有功率元件、控制机器人的主机、库卡 机器人操作面板、连接器、显器显示屏、接线板、安全逻辑系统、客户安装空间、库 卡控制面板、耦合器卡和库卡控制面板。其中核心控制处理器是最关键的核心，它通 过控制处理器和传感器来操作机器人控制系统的所有功能中最重要的动作行为。它有 一个微软公司系统桌面界面和触屏数据传输功能，可以进行系统控制操作的修改、储 存和变更。控制规划和驱动轨道电路控制和监测。主机是逻辑板，核心处理器和接口， 硬盘，软盘驱动器，或MFC3，KVGA，DSE-IBS-C33，旋转变压器数字转换器，电池等 元件的主存储器。图 2。3 是在控制柜简化原理图，示意图，表 2。2 为测试控制柜的性 能参数部分。

1。动力单元 2。工业 PC 3。示教器 4。接线板

图 2。3Kuka 机器人的控制柜 表 2。2KRC2 的性能参数

技术参量 参数值

工作温度(无冷却装置) +5℃～+45℃

工作温度(有冷却装置) +5℃～+55℃

最大允许温度变化率 1。1K/min

平均释放噪音量 67 d B(A)

重量 185kg

顶部平均承重 1000N

额定输入标准电压 AC 3×400V –10%~ AC 3×415V +10%

电源频率 49～61Hz

额定容量 7。3～13。5k VA

控制制动器可输出电压 DC 25～26V 控制制动器可输出最大电流 6A

控制电源提供电压 DC26。8V

2。3 焊接电源及焊枪

在工厂进行生产活动中，最优先的是要考虑成本，然后就是提高效率的问题，如 果电弧燃烧的时间比较长，那么在选择焊接电源时，就应该按照 100%的持续率来确 定功率输出元件的容量。在正常的条件下，一般来说机器人的电源系统的应该有晶闸 管式、波形控制式、逆变式、脉冲或非脉冲式等多种样式，不同输出方式和电源供给 方式的焊接电源。这些不同种类的电源最终都可以和机器人控制柜相连为机器人提供 动力。最新的调查研究中显示，由于数字化技术的迅猛发展，数字化焊接电源开始越 来越多的出现在焊接机器人的应用当中[20]。数字化电源的主要特点是电源电压和电流 经过 A/D 装换，在机器人控制柜的要求下，输入电源和要求值经过比较，之后控制 逆变电源的输出，最后按照要求的电压与电流供给机器人，从而简化了机器人的操作。 将全数字化焊机与同样是数字化控制的机器人控制柜相连，可以将网路电压、波动、 温升、元器件老化等因素对焊接参数的稳定性影响降到最低[21]。这样就保证了机器人 电流与电压的相对稳定，就能基本保证机器人焊接得到力学性能好的焊缝。