第2章　焊接工业机器人的结构组成及基本操作

学习要求

读者通过本章学习，将了解工业机器人机械结构和控制系统的硬件组成，以及各种机器人结构的特点和适用场合，示教编程的基本方法；能够在实际操作过程中正确地理解和区分工业机器人的三大部分和六个子系统，理解它们之间的运动和控制关系；对谐波减速器、RV减速器等驱动元件，机器人离线编程、机器人坐标系等概念有基本了解；基本掌握机器人示教编程方法，为后续的机器人焊接编程操作奠定基础。

焊接机器人是从事焊接（切割与喷涂）工作的工业机器人，是一种具有三个及以上可编程的轴，多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），广泛应用于工业自动化领域。机器人最后一个轴的机械接口形式通常为连接法兰，可接装不同的工具（末端执行器）以适应不同的用途。焊接机器人在工业机器人的连接法兰上装载焊钳或焊（割）枪，使之能够进行焊接、切割或喷涂。

工业机器人由机械、传感和控制三大部分组成，分为伺服驱动、机械本体、计算机控制、传感系统、输入输出（I/O）和人机交互六个子系统。

机械部分是机器人的骨骼和肌肉，包括伺服驱动单元和机械本体两个子系统。

1.伺服驱动单元

要使机器人正常运行，需要伺服驱动单元为机器人各部分、各关节动作提供原动力，驱动关节并带动负载按预定的轨迹运动。伺服驱动单元可以是液压传动、电动传动、气动传动，或是几种方式结合起来的综合传动。现有工业机器人以电动传动为主，主流的伺服驱动有安川、多摩川、FANUC、三菱、富士、松下等。

2.机械本体

工业机器人机械本体结构主要由机身、臂部、腕部和手部四大部分构成，每一个部分具有若干的自由度，构成一个多自由的机械系统。末端执行器是直接安装在手腕上的一个重要部件，它可以是多手指的手爪，也可以是喷枪、焊具等作业工具。

感受部分相当于人类的五官，为机器人工作提供感觉，帮助机器人更加精确地工作。这部分主要可以分为两个感受和环境交互（输入输出I/O）。

3.感受系统

感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用于获取内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器可以提高机器人的机动性、适应性和智能化的水准。对于一些特殊的信息，传感器的灵敏度甚至可以超越人类的感觉系统。

4.环境交互系统（输入输出I/O）

工业机器人通常需要与外部设备集成为诸如加工制造、焊接、装配等功能单元，也可以由多台机器人、多台机床设备或者多个零件存储装置集成为一个能执行复杂任务的功能单元。机器人的环境交互系统（输入输出I/O）则是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。

控制部分相当于机器人的大脑，可以直接或者通过人工对机器人的动作进行控制，控制部分也可以分为两个系统。

5.人机交互系统

人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，包括指令给定系统和信息显示装置。有计算机标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信号警报器、示教盒等。

6.计算机控制系统

计算机控制系统根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号指挥执行机构完成规定的运动和功能。根据控制原理的不同，可以分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统三类。