馮 振，趙 干，郭朝博，李興霞，吳金杰

（河南工學(xué)院 材料工程系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

基于松下TM-1400型焊接機器人的焊接軌跡示教分析

馮 振，趙 干，郭朝博，李興霞，吳金杰

（河南工學(xué)院 材料工程系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

焊接機器人是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程并能在三維空間完成各種焊接作業(yè)的自動化生產(chǎn)設(shè)備，能在惡劣的環(huán)境下連續(xù)工作并提供穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，可以提高工作效率，減輕勞動強度。文章以松下TM-1400型焊接機器人為載體，對常見直線和圓弧焊接軌跡進行示教分析，并對相關(guān)示教命令程序進行解釋說明。

焊接自動化；焊接機器人；軌跡；示教

當(dāng)今，我國正處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，工業(yè)機器人作為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和技術(shù)手段，已經(jīng)成為衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志?！稒C器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》明確提出加強基礎(chǔ)理論和共性技術(shù)研究、提升自主品牌機器人和關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化能力、推進工業(yè)機器人和服務(wù)機器人的應(yīng)用示范、建立完善機器人的試驗驗證和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)等發(fā)展方向。2014年中國市場工業(yè)機器人銷量高達(dá)5.6萬臺，占全球市場的1/4，已連續(xù)兩年全球第一，增速高達(dá)54%，是全球平均增速的兩倍。而焊接機器人是工業(yè)機器人家族中的重要一員，也是技術(shù)上發(fā)展最成熟、應(yīng)用最多的一類機器人。隨著產(chǎn)業(yè)界對高效、高品質(zhì)焊接需求的不斷增長，焊接機器人的應(yīng)用日益廣泛。焊接機器人也越來越受到科研人員和生產(chǎn)廠家的青睞。本文結(jié)合松下TM-1400型焊接機器人，對生產(chǎn)實踐中常見的焊接軌跡進行示教分析，并對相關(guān)示教命令程序進行解釋說明，以期解決焊接自動化生產(chǎn)實踐中的突出問題。

1 設(shè)備和材料

設(shè)備包括日本松下（Panasonic）公司生產(chǎn)的TM-1400GⅢ焊接機器人系統(tǒng)（配備GⅢ控制器和示教器）、YD350GL型全數(shù)字CO2焊接電源、YA-1GJB23型變位機單元和示教針等。YD350GL型全數(shù)字焊接電源采用高速CPU實現(xiàn)細(xì)致的波形控制，采用帶編碼器的送絲裝置實現(xiàn)穩(wěn)定送絲，以實現(xiàn)高品質(zhì)高效率焊接。焊接材料為直徑1.2mm的H08Mn2SiA焊絲和Q235鋼板等。

2 焊接軌跡示教

焊接機器人進行焊接作業(yè)時，必須預(yù)先賦予機器人運動軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)順序三部分信息，以使機器人完成規(guī)定的動作和作業(yè)，如圖1所示。操作者要實現(xiàn)對機器人的示教，只需要完成運動軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)順序的示教。運動軌跡的示教是機器人示教的重點，它是指機器人為完成某一任務(wù)，其工具中心點（TCP點）所要運動的軌跡；作業(yè)條件和作業(yè)順序的示教是指焊接電流、焊接電壓、焊接速度、板厚、焊縫形狀、焊腳高度、焊接順序以及與外部設(shè)備的協(xié)調(diào)等參數(shù)的設(shè)置。

圖1 焊接機器人示教內(nèi)容

2.1 不帶擺動的直線焊接軌跡示教

無論是手工操作還是自動化焊接，直線焊接是最常見最簡單的。用焊接機器人完成不帶擺動的直線焊接作業(yè)通常需要6個示教點，如圖2所示為不帶擺動的直線焊接軌跡示教示意圖。圖3是不帶擺動的直線焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P003→P004、P004→P005均為直線移動，其中P003→P004是焊接區(qū)間。結(jié)合表1中不帶擺動的直線焊接軌跡程序及說明可知，示教時，首先建立一個程序，選擇合適的坐標(biāo)系及運動軸，手動操作機器人依次移動到各個目標(biāo)位置。機器人原點P001，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；作業(yè)臨近點P002，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；焊接開始點P003，屬性為焊接點，插補方式為MOVEL；焊接結(jié)束點P004，屬性為空走點，插補方式為MOVEL；焊槍規(guī)避點P005，屬性為空走點，插補方式為MOVEL；復(fù)制示教點P001的命令粘貼到機器人原點P006，快速完成程序設(shè)定。

命令A(yù)RC-SET設(shè)定焊接電壓、焊接電流和速度參數(shù)；命令CRATER設(shè)定收弧電壓、收弧電流和收弧時間等。接著進行軌跡跟蹤，以修正程序示教點位置坐標(biāo)，并完成作業(yè)次序指令的插入、修改與刪除。確保程序正確無誤后，選擇手動或自動方式完成示教程序的再現(xiàn)，軌跡良好就可以進行再現(xiàn)焊接。

圖2 不帶擺動的直線焊接軌跡示教示意圖

圖3 不帶擺動的直線焊接軌跡示教編程示意圖

表1 直線焊接軌跡示教程序及說明

2.2 帶擺動的直線焊接軌跡示教

焊接機器人焊接時，為了有效控制電弧熱源對熔敷金屬的作用和焊接熔池溫度場的分布，焊槍在運動過程中需要擺動，最簡單的是帶擺動的直線焊接。用機器人完成帶擺動的直線焊接作業(yè)通常需要8個示教點，如圖4所示為帶擺動的直線焊接軌跡示教示意圖，圖5是帶擺動的直線焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P006→P007為直線移動，而P003→P006是焊接區(qū)間。結(jié)合表1中帶擺動的直線焊接軌跡示教程序及說明，具體示教過程如下：首先建立一個程序，選擇合適的坐標(biāo)系及運動軸，手動操作機器人依次移動到各個目標(biāo)位置，機器人原點P001，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；作業(yè)臨近點P002，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；焊接開始點P003，屬性為焊接點，插補方式為MOVELW；振幅點1-P004，插補方式為WEAVEP；振幅點2-P005，插補方式為WEAVEP；焊接結(jié)束點P006，屬性為空走點，插補方式為MOVELW；焊槍規(guī)避點P007，屬性為空走點，插補方式為MOVEL；復(fù)制示教點P001的命令粘貼到機器人原點P008。

同樣地，命令A(yù)RC-SET設(shè)定焊接電壓、焊接電流和速度參數(shù)；命令CRATER設(shè)定收弧電壓、收弧電流和收弧時間等。此外還可以設(shè)定擺動類型、擺動頻率和擺動寬度等。軌跡的跟蹤、確認(rèn)和再現(xiàn)焊接與直線運動軌跡一樣。

圖4 帶擺動的直線焊接軌跡示教示意圖

圖5 帶擺動的直線焊接軌跡示教編程示意圖

2.3 不帶擺動的圓弧焊接軌跡示教

圓弧焊接也是一種典型的常見的焊接軌跡，如騎作式管和平板的垂直俯立焊。用機器人完成不帶擺動的圓弧焊接作業(yè)通常需要7個示教點，圖6所示為不帶擺動的圓弧焊接軌跡示教示意圖，圖7是不帶擺動的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P005→P006為直線移動，P003→P005是焊接區(qū)間。結(jié)合表2中不帶擺動的圓弧焊接軌跡程序及說明，可知示教順序如下：機器人原點P001，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；作業(yè)臨近點P002，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；焊接開始點P003，屬性為焊接點，插補方式為MOVEC；焊接中間點P004，屬性為焊接點，插補方式為MOVEC；焊接結(jié)束點P005，屬性為空走點，插補方式為MOVEC；焊槍規(guī)避點P006，屬性為空走點，插補方式為MOVEL；復(fù)制示教點P001的命令粘貼到機器人原點P006。其他設(shè)置與直線焊接軌跡示教相同。

圖6 不帶擺動的圓弧焊接軌跡示教示意圖

圖7 不帶擺動的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖

2.4 帶擺動的圓弧擺動焊接軌跡示教

與直線擺動類似，圓弧焊接時有時也需要擺動。用機器人完成帶擺動的圓弧焊接作業(yè)通常需要9個示教點，圖8為帶擺動的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖，P002→P003、P007→P008為直線移動，P003→P007是焊接區(qū)間。結(jié)合表2中帶擺動的圓弧焊接軌跡示教程序及說明，發(fā)現(xiàn)其示教與帶擺動的直線焊接軌跡示教類似，示教點依次為，機器人原點P001，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；作業(yè)臨近點P002，屬性為空走點，插補方式為MOVEP；焊接開始點P003，屬性為焊接點，插補方式為MOVECW；振幅點1-P004，插補方式為WEAVEP；振幅點2-P005，插補方式為WEAVEP；焊接中間點P006，屬性為焊接點，插補方式為MOVECW；焊接結(jié)束點P007，屬性為空走點，插補方式為MOVECW；焊槍規(guī)避點P008，屬性為空走點，插補方式為MOVEL；復(fù)制示教點P001的命令粘貼到機器人原點P009。參數(shù)設(shè)定、跟蹤和再現(xiàn)焊接也與直線軌跡示教一樣。

圖8 帶擺動的圓弧焊接軌跡示教編程示意圖

表2 圓弧焊接軌跡示教程序及說明

3 結(jié)論

本文以松下TM-1400型焊接機器人為載體，簡要分析了直線和圓弧焊接軌跡的示教編程。不帶擺動的直線焊接軌跡示教需要6個示教點，而帶擺動的直線焊接軌跡示教需要8個示教點；不帶擺動的圓弧焊接軌跡示教需要7個示教點，而帶擺動的圓弧焊接軌跡示教需要9個示教點。相同條件下，帶擺動的焊接軌跡比不帶擺動的焊接軌跡多2個示教點，這是由于擺動需要增添2個振幅點。插補方式也不同，直線的插補方式為MOVEL，圓弧的插補方式為MOVEC，直線擺動的插補方式為MOVELW，圓弧擺動的插補方式為MOVECW，振幅的插補方式都是WEAVEP。示教后的軌跡跟蹤和再現(xiàn)焊接程序一致。因為任意形狀的軌跡均可由上述幾種基本軌跡組合而成，因此通過上述方法可以實現(xiàn)任意軌跡的示教編程。

（責(zé)任編輯 呂春紅）

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Analysis of W elding Trajectory Teaching Based on Panasonic TM-1400 W elding Robot

FENG Zhen，et al
(Department of Materials Engineering, Henan Institute of Technology, Xinxiang 453003, China)

Welding robot is an automated production equipment, which can obtain humanoid operation, automatic control, repeatable programm ing, and completing all kinds of welding operation in three-dimensional space. Welding robot also can work continuously under the harsh environment and can provide stable welding quality, and then improving the working efficiency, reducing labor intensity. Therefore, putting Panasonic TM -1400 type welding robot as a carrier, the common line and arc welding trajectories are teaching analyzed, and then the related teaching command procedures are explained.

automatic welding; welding robot; trajectory; teaching

TP242

A

1008–2093(2017)02–0008–05

2017-02-03

新鄉(xiāng)市創(chuàng)新型科技團隊項目（CXTD16004）；河南省教學(xué)技術(shù)裝備和實踐教育研究項目（GZS139）

馮振（1988―），男，河南民權(quán)人，碩士，主要從事材料加工研究。