作品名稱：微型高精密多軸伺服機器人一體化焊接站
學校名稱：山東理工大學
參賽隊伍：風聲小隊
參賽學生：趙文博 唐俊翔 楊冬梅
指導(dǎo)老師：宮金良
1開發(fā)背景
我國工業(yè)機器人研究開發(fā)工作從20世紀70年代至今，我國焊接技術(shù)逐漸成為制造業(yè)和工程建設(shè)中不可缺少的重要工藝與技術(shù)支撐。經(jīng)過十幾年的持續(xù)努力，在國家的組織和支持下，我國焊接機器人的研究在基礎(chǔ)技術(shù)、控制技術(shù)、關(guān)鍵元器件等方面取得了重大進展，并已進入使用化階段，形成了點焊、弧焊機器人系列產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)。為加快推動我國制造業(yè)加快邁向全球價值鏈中高端，國家在工業(yè)機器人領(lǐng)域及焊接設(shè)備領(lǐng)域出臺了一系列政策——《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》指出我國在工業(yè)機器人及焊接設(shè)備行業(yè)要深入實施智能和綠色制造工程，發(fā)展服務(wù)型制造新模式，推動制造業(yè)高端化智能化綠色化，推動機器人等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。近年來我國為順應(yīng)微電子技術(shù)的發(fā)展，采取了pc機與焊接機器人的結(jié)合運用，從而解決了專用控制器計算等焊接機器人加工方面的負擔重，實時性差的問題，具有良好的開放性，安全性。而近年來在機器人研究也以焊接智能化為核心來進行，以機器人為核心的自動化生產(chǎn)線具有廣闊的市場發(fā)展前景和強勁生命力。
2多軸伺服機器人一體化焊接站的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計說明
2.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
裝置結(jié)構(gòu)包括焊接加工平臺、焊接機器臂、pc終端控制器等主要結(jié)構(gòu)組成一體化焊接站。國內(nèi)焊接行業(yè)中，為較好地控制焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，普遍使用兩軸變位機作為焊接工件的夾持工作臺，但是，國內(nèi)此類產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，國外質(zhì)量較好的產(chǎn)品價格普遍較高。
故在同類產(chǎn)品中，本項目方案可實現(xiàn)焊接工位變換的變位，提供一種焊接機器人工作臺翻轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單、操作容易和生產(chǎn)成本低，而且可對焊接機器人工作臺翻轉(zhuǎn)角度和翻轉(zhuǎn)位置進行高精度調(diào)節(jié)控制，以保證焊接機器人的焊接角度的精確性，從而提高焊接機器人在工作臺上焊接操作的質(zhì)量和精度，以及提高焊接生產(chǎn)效率，可以高精度的變位轉(zhuǎn)換位置。
2.2主要結(jié)構(gòu)特征
（1）焊接加工平臺有多軸進行控制，其內(nèi)設(shè)置多個連接軸進行多方位的轉(zhuǎn)換和控制，設(shè)置連接軸與圓形凹盤配合，兩側(cè)固定端與圓形凹盤采取雙向的連接軸配合，底部采取一個扭轉(zhuǎn)式連接軸進行連接，圓形凹盤底部設(shè)一齒輪調(diào)節(jié)進行旋轉(zhuǎn)嚙合控制。
在焊接平臺底部與機器運輸臺連接，底部設(shè)有導(dǎo)軌——二維位置調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可以在運輸臺上快速調(diào)整到加工位置，電動機給運輸臺提供所需的能源作為動力，使運輸平臺可以運動傳輸工件成型品。
（2）焊接機器臂采取六軸自由度調(diào)位機械臂，可以有效的控制機械臂對于加工位置的定位和確定，機器臂采取六個連接軸連接組成，可以使機器臂具有較強的靈活性和精確性，在多個連接軸的地方采取花鍵、平鍵等進行鍵連接，使機器臂可以進行調(diào)節(jié)、拆卸，快速的更換零件，在加強機器臂穩(wěn)定性的同時，增加了機器臂的靈活性和可拆卸性。在焊接部位可采取激光加工、電焊、電弧焊。機器臂的控制方面，采用集成了PC技術(shù)、圖像技術(shù)、邏輯控制技術(shù)的VME運動控制器，性能可靠穩(wěn)定，高速高精度。
（3）pc終端控制器，控制系統(tǒng)包括PLC，PLC分別與伺服驅(qū)動器、交流電焊機控制箱、人機交互界面、控制按鈕連接，伺服驅(qū)動器與伺服電動機連接，終端控制器采取DMC630M 三軸運動控制器，基于高性能DSP為控制核心、FPGA協(xié)處理，插補算法、脈沖信號產(chǎn)生及加減速控制、I/O信號的檢測處理，均由硬件和固件實現(xiàn)，確保了運動控制高速、高精度及系統(tǒng)穩(wěn)定。
2 具體實施方式及過程
焊機加工平臺：
利用氣動馬達作為動力機構(gòu)輸出動力，主動摩擦輪傳動為一級減速，同時從動摩擦輪作離合作用。當工作臺翻轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)角度時，推動部件的動作氣缸推動從動摩擦輪滑環(huán)使得從動摩擦輪與主動摩擦輪分離，切斷動力；同時，從動摩擦輪在壓緊彈簧的彈性元件復(fù)位反彈和動作氣缸驅(qū)動力作用下壓緊制動盤，與制動盤接合，迅速將從動摩擦輪制動，蝸桿鎖死，實現(xiàn)準確角度停止翻轉(zhuǎn)。當翻轉(zhuǎn)工作臺需要反轉(zhuǎn)復(fù)位時，控制機構(gòu)控制氣動馬達反轉(zhuǎn)，推動部件的動作氣缸推動從動摩擦輪滑環(huán)使得從動摩擦輪與制動盤分離，從動摩擦輪同時與主動摩擦輪接合，動力接通，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)工作臺需要反轉(zhuǎn)復(fù)位。對于焊接平臺的控制采取基于高性能DSP為控制核心、FPGA協(xié)處理，插補算法、脈沖信號產(chǎn)生及加減速控制，均由硬件和固件實現(xiàn)，確保了運動控制高速、高精度及系統(tǒng)穩(wěn)定。
焊機機器臂：
六自由度機器臂采取六關(guān)節(jié)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，各個關(guān)節(jié)以“電機+減速器”為傳動，在小臂處留有安裝攝像頭等外部設(shè)備的接口，方便用戶進行人機交互反饋。機器臂的控制方面，采用集成了PC技術(shù)、圖像技術(shù)、邏輯控制技術(shù)的VME運動控制器，性能可靠穩(wěn)定，高速高精度。機器臂的輸入傳感器固定在夾持器上,夾持器可繞第一方向轉(zhuǎn)動地固定連接有第一連接件,第一連接件可繞第二方向轉(zhuǎn)動地固定連接有第二連接件,以此類推。第一方向與第二方向之間的夾角在0度與180度內(nèi),第二方向與第三方向之間的夾角同理，便于實時將目標物鎖定在鏡頭中央附近,便于跟蹤識別目標物,簡化了操作過程,降低了操作難度。
3項目創(chuàng)新點與特色
項目創(chuàng)新特色概述：
（1）調(diào)節(jié)裝置成本低廉，維護簡單，操作容易，而且具有一定的運動精度。
（2）以交替切換的方式實現(xiàn)帶動焊接機器工作臺翻轉(zhuǎn)或停止時的傳動
（3）實時檢測焊接機器人工作臺翻轉(zhuǎn)角度的檢測機構(gòu)
（4）較高的負載、更快的軸動作速度、大的許用扭矩和轉(zhuǎn)動慣量使機器人應(yīng)用廣泛
