本文設(shè)計的是一種5軸直角坐標焊接機械手，采用3個直角坐標軸加2個回轉(zhuǎn)軸的機械結(jié)構(gòu)，通過運動控制器控制，示教器人機對話，能夠?qū)崿F(xiàn)點焊、直線焊接、空間高級曲線連續(xù)焊接，且焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接效率高，易實現(xiàn)對焊接產(chǎn)品的自動化、批量化生產(chǎn)。

1 整體架構(gòu)設(shè)計

1.1 主體機械結(jié)構(gòu)

在焊接機器人的設(shè)計中，焊槍移動模塊的設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，特別是在應(yīng)用上對其精度的要求比較高，因此必須對該部分的設(shè)計進行詳細的指標分析和方案比較。在關(guān)鍵架構(gòu)上，本文采用直線模組精密RV減速機直角坐標機器人系統(tǒng)。

首先采用三維制圖軟件對機械結(jié)構(gòu)進行初步設(shè)計，然后采用有限元分析軟件實現(xiàn)對機械加工的優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計的直角坐標焊接機器人焊接系統(tǒng)（圖1），分別采用直線模組做為三個坐標軸（X、Y、Z），采用精密RV減速機做為兩個選擇軸（A軸、R軸）。5軸均采用伺服電機驅(qū)動。在A軸末端設(shè)計有機械式空間位置可調(diào)的三段式焊槍夾持系統(tǒng)，實現(xiàn)對焊槍的裝夾及角度調(diào)整。利用三坐標軸和回轉(zhuǎn)軸可實現(xiàn)不同位置的多角度焊接加工，這不僅可提高焊接的加工質(zhì)量，還擴大了加工范圍，同時搭配上送絲機保證了送絲準確性、穩(wěn)定性，提高了焊接生產(chǎn)效率。

1.2 焊槍姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計

焊槍自動調(diào)整機構(gòu)是本文研究的主要內(nèi)容。Y模組的前端處設(shè)有調(diào)節(jié)焊槍姿態(tài)的調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)、垂直相交的兩個回轉(zhuǎn)軸控制且用于抓取焊槍的活動臂，實現(xiàn)焊槍兩個自由度的程序控制。在回轉(zhuǎn)軸末端設(shè)計有位置機械可調(diào)的焊槍轉(zhuǎn)接臂，可實現(xiàn)焊槍原始姿態(tài)的人工調(diào)整（圖2）。

該結(jié)構(gòu)使得焊接機器人在使用時更加靈活多變，三向?qū)к壥沟煤附勇肪€不再局限于單一軌跡，可實現(xiàn)空間高級曲線連續(xù)不間斷焊接，避免了人工調(diào)整焊接工件；調(diào)節(jié)裝置中的活動臂可改變焊槍的使用角度，很好地解決了不規(guī)則面的焊接加工，既保證焊接質(zhì)量，又擴大了加工范圍，且使用方便快捷。

2 CRT運動控制系統(tǒng)

2.1 控制流程

基于該機器人的結(jié)構(gòu)組成和功能，運動控制系統(tǒng)采用五軸焊接運動控制器DMC650MF，借助驅(qū)動器，驅(qū)動伺服電機，使線性模組滑臺可進行精準位移。操作方式是：通過控制系統(tǒng)配備的手持編程器快速便捷地編輯焊接程序，再進行運動軌跡采集。

2.2 外部邏輯應(yīng)用

五軸焊接控制器可提供輸入/輸出（I/O）各8個點位（可擴展），以便更好地控制工裝夾具或者變位機等等。當焊機完成第一道焊接程序后，控制器輸出讓工裝夾具反轉(zhuǎn)或者移動的信號；當其反轉(zhuǎn)或移動到位時，觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)，將感應(yīng)信號輸入到控制器。此時，焊機開始進行下一道程序的焊接。

根據(jù)用戶的要求，控制系統(tǒng)可以使用相應(yīng)的輸入/輸出點位，然后在手持示教編程器里進行邏輯文件的編輯，完成焊接加工。圖3為DMC650MF運動控制器。

整個系統(tǒng)提高了生產(chǎn)率，降低了人工參與。

3 系統(tǒng)試驗及結(jié)果分析

5軸焊接機器人采用運動控制器，示教器為人機對話，以直線模組RV減速器為移動軸。

機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計裝配完畢后，需要對控制系統(tǒng)、伺服放大器各項參數(shù)與機械特性相符與否進行檢測，并優(yōu)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等指標。此外，還需結(jié)合具體的焊機產(chǎn)品及焊機參數(shù)確定相關(guān)的焊機工藝參數(shù)，減少焊接過程中的飛濺，提高焊縫質(zhì)量。

首先，根據(jù)模組絲桿的導(dǎo)程，調(diào)整運動控制器及伺服電機的輸出脈沖和電子齒輪比，根據(jù)實際負載慣性動量調(diào)整伺服速度環(huán)增益或位置環(huán)增益；其次，根據(jù)焊槍回轉(zhuǎn)軸的剛度要求，調(diào)整伺服驅(qū)動器的剛性，以滿足焊槍擺動的響應(yīng)速度和精確度。

焊接工藝參數(shù)的確定可參考相關(guān)資料及手工操作焊機精銑焊接試驗結(jié)果，確定不同焊接速度下不同的焊接電壓、電流、送絲速度等焊接參數(shù)，并對實際產(chǎn)品進行焊接測試。經(jīng)測試，5軸焊接機器人的運行平穩(wěn)，焊接過程穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量達到要求。

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