“中国制造2025”出版工程–焊接机器人技术

◆焊接机器人系统全覆盖：系统介绍焊接工业机器。人本体结构组成、焊接机器人传感技术、焊接机器人系统配置及要求、焊接机器人应用操作技术、维护及维修技术以及常用机器人焊接工艺

 

◆焊接机器人理论和应用密切结合：本书力求避开深奥难懂的理论推导和说明，仅对理解机器人工作原理所必需的基础理论进行了深入浅出的介绍，尽量采用图表说明，重点突出实用性、新颖性和先进性，并结合具体工程结构的焊接制造给出了焊接机器人的典型应用实例。

 

本书从焊接生产应用的角度简要介绍了工业机器人基本原理, 系统介绍了工业机器人本体结构组成、焊接机器人传感技术、焊接机器人系统配置及要求、焊接机器人应用操作技术、维护及维修技术以及常用机器人焊接工艺, 并结合具体工程结构的焊接制造给出了焊接机器人的典型应用实例。本书力求避开深奥难懂的理论推导和说明, 仅对理解机器人工作原理所必需的基础理论进行了深入浅出的介绍, 重点突出实用性、新颖性和先进性。采用图表和文字融合的表达方式进行说明和阐述, 便于读者理解掌握。

本书适用于从事焊接机器人系统开发及应用的工程技术人员、技术管理人员和焊接机器人操作工人等, 也可供高校材料成型及控制工程专业的本科生和高职院校焊接专业的学生使用。

 

第1章　焊接机器人概述　/ 1

　1.1　机器人　/ 2

　　　1.1.1　机器人概述　/ 2

　　　1.1.2　工业机器人　/ 3

　　　1.1.3　焊接机器人　/ 10

　1.2　机器人运动学基础　/ 12

　　　1.2.1　位置与姿态描述方法　/ 12

　　　1.2.2　坐标变换　/ 14

　　　1.2.3　机器人运动学简介　/ 22

　　　1.2.4　机器人动力学简介　/ 27

　1.3　焊接机器人的应用及发展　/ 28

　　　1.3.1　焊接机器人的应用现状　/ 28

　　　1.3.2　焊接机器人的发展趋势　/ 30

第2章　焊接机器人本体的结构及控制　/ 31

　2.1　焊接机器人本体结构　/ 32

　　　2.1.1　机器人机身　/ 33

　　　2.1.2　机器人臂部　/ 35

　　　2.1.3　腕部及其关节结构　/ 37

　2.2　焊接机器人关节及其驱动机构　/ 38

　　　2.2.1　关节　/ 38

　　　2.2.2　驱动装置　/ 39

　　　2.2.3　传动装置　/ 44

　2.3　焊接机器人运动控制系统　/ 48

第3章　焊接机器人传感技术　/ 56

　3.1　内部传感器　/ 57

　　　3.1.1　位置传感器　/ 57

　　　3.1.2　速度传感器和加速度传感器　/ 61

　3.2　外部传感器　/ 62

　　　3.2.1　接近传感器　/ 62

　　　3.2.2　电弧电参数传感器　/ 68

　　　3.2.3　焊缝跟踪传感器　/ 69

第4章　焊接机器人系统　/ 77

　4.1　电阻点焊机器人系统　/ 78

　　　4.1.1　电阻点焊机器人系统组成及特点　/ 78

　　　4.1.2　电阻点焊机器人本体及控制系统　/ 79

　　　4.1.3　点焊系统　/ 81

　4.2　弧焊机器人系统　/ 84

　　　4.2.1　弧焊机器人系统组成　/ 84

　　　4.2.2　弧焊机器人本体及控制器　/ 86

　　　4.2.3　弧焊机器人的焊接系统　/ 88

　4.3　特种焊机器人　/ 90

　　　4.3.1　激光焊机器人系统结构　/ 90

　　　4.3.2　搅拌摩擦焊机器人系统结构　/ 91

　4.4　焊接机器人变位机　/ 92

　　　4.4.1　单轴变位机　/ 93

　　　4.4.2　双轴变位机　/ 95

　　　4.4.3　三轴变位机　/ 96

　　　4.4.4　焊接工装夹具　/ 96

第5章　机器人焊接工艺　/ 99

　5.1　电阻点焊工艺　/ 100

　　　5.1.1　电阻点焊原理及特点　/ 100

　　　5.1.2　电阻点焊工艺参数　/ 103

　5.2　熔化极气体保护焊　/ 105

　　　5.2.1　熔化极气体保护焊基本原理及特点　/ 105

　　　5.2.2　熔化极气体保护焊的熔滴过渡　/ 107

　　　5.2.3　熔化极氩弧焊工艺参数　/ 110

　　　5.2.4　高效熔化极气体保护焊工艺　/ 112

　5.3　钨极惰性气体保护焊（TIG 焊） 工艺　/ 121

　　　5.3.1　钨极惰性气体保护焊的原理、特点及应用　/ 121

　　　5.3.2　钨极惰性气体保护焊焊接工艺参数　/ 124

　　　5.3.3　高效TIG焊　/ 127

　5.4　激光焊　/ 131

　　　5.4.1　激光焊原理、特点及应用　/ 131

　　　5.4.2　激光焊接系统　/ 133

　　　5.4.3　激光焊焊缝成形方式　/ 136

　　　5.4.4　激光焊工艺参数　/ 137

　5.5　搅拌摩擦焊工艺　/ 139

　　　5.5.1　搅拌摩擦焊原理、特点及应用　/ 139

　　　5.5.2　搅拌摩擦焊焊头　/ 140

　　　5.5.3　搅拌摩擦焊焊接参数　/ 141

第6章　焊接机器人的应用操作技术　/ 145

　6.1　机器人的示教操作技术　/ 146

　　　6.1.1　示教器及其功能　/ 146

　　　6.1.2　程序操作（创建、删除、复制） 　/ 154

　　　6.1.3　常用编程指令　/ 160

　　　6.1.4　焊接机器人示教　/ 178

　　　6.1.5　编程示例　/ 187

　　　6.1.6　程序运行模式　/ 189

　6.2　机器人离线编程技术　/ 191

　　　6.2.1　机器人离线编程特点　/ 192

　　　6.2.2　离线编程系统组成　/ 194

　　　6.2.3　离线编程仿真软件及其使用　/ 196

第7章　典型焊接机器人系统应用案例　/ 213

　7.1　弧焊机器人系统　/ 214

　　　7.1.1　工程机械行业-抽油机方箱、驴头焊接机器人工作站　/ 214

　　　7.1.2　建筑工程行业-建筑铝模板焊接机器人工作站　/ 218

　　　7.1.3　电力建设行业-电力铁塔横担焊接机器人工作站　/ 222

　　　7.1.4　农业机械行业-玉米收获机焊接机器人工作站　/ 225

　　　7.1.5　建筑钢结构行业-牛腿部件焊接机器人工作站　/ 228

　7.2　点焊机器人系统　/ 232

　　　7.2.1　汽车行业-座椅骨架总成点焊机器人工作站　/ 233

　　　7.2.2　汽车行业-车体点焊机器人工作站　/ 234

第8章　焊接机器人的保养和维修　/ 237

　8.1　焊接机器人的保养　/ 238

　　　8.1.1　机器人本体的保养　/ 238

　　　8.1.2　焊接设备的保养　/ 240

　8.2　焊接机器人的维修　/ 243

　　　8.2.1　控制柜的维修　/ 244

　　　8.2.2　脉冲编码器的维修　/ 246

　　　8.2.3　机器人本体电缆的维修　/ 246

　　　8.2.4　伺服放大器的维修　/ 248

　　　8.2.5　维修安全注意事项　/ 250

　8.3　机器人点焊钳维护　/ 250

参考文献　/ 255

索引　/ 257

 

焊接机器人是从事焊接作业的工业机器人，是工业生产中重要的自动化设备。近年来，随着工业技术的发展，特别是传感技术的发展，焊接机器人技术越来越成熟，其成本也越来越低，在工业领域的应用范围急剧增大。目前，焊接机器人已广泛地应用于汽车制造、工程机械、电子通信、航空航天、国防军工、能源装备、轨道交通、海洋重工等多个领域，发展势头迅猛。焊接机器人技术已成为焊接领域最热门的技术之一，它融合了材料、控制、机械、计算机等交叉学科知识，焊接机器人也从单一的示教再现型向智能化方向发展。当前，劳动力的日益缺乏以及工人对劳动环境条件要求的日益提高使得焊接机器人替代人的必要性迅速提升。且随着“中国制造2025”规划的发布，国家对工业机器人国产化支持力度逐渐加大，国内机器人制造技术将会日益成熟，焊接机器人的成本还会进一步下降，未来焊接机器人必将全面代替焊接工人。在这种形势下，从事焊接的技术人员和操作工人迫切需要学习焊接机器人的相关知识和技术。

本书旨在系统性地介绍焊接机器人技术，在简要阐述机器人基本理论知识的基础上，详细介绍了工业机器人本体结构组成、机器人传感技术、焊接机器人系统配置及要求、焊接机器人应用操作技术和维护维修技术以及常用机器人焊接工艺，并结合具体工程结构的制造给出了弧焊机器人系统和点焊机器人系统的典型应用实例。本书力求避开深奥难懂的理论推导和说明，对焊接机器人所必需的基础理论知识进行了深入浅出的介绍，重点突出实用性、新颖性和先进性。本书可供从事焊接工作的技术人员和操作工人参考，也可供高校材料成型及控制工程专业的本科生和高职院校焊接专业学生学习使用。

参加本书编写的人员有陈茂爱、任文建、闫建新、姜丽岩、张振鹏、陈东升、张栋、高海光、王娟、齐勇田、高进强、杨敏、楼小飞。

由于作者水平有限，书中难免出现不当之处，恳请广大读者批评指正。

陈茂爱