摘要：為了充分發揮焊接機器人的自動化優勢，提高產品質量和效率，提高工藝裝備水平，降低工人勞動強度，設計了一套機器人柔性焊接工作站。文中介紹了機器人柔性焊接工作站的技術方案以及關鍵部件變位機、智能搬運器、工件定位工裝的設計。通過方案設計，解決了變位機定位精度要求高、控制系統與機器人的通訊、智能搬運器的取貨動作、工件的快速定位卡緊等技術難題。
關鍵詞：焊接機器人；變位機；伺服控制；智能搬運器

隨著工業自動化的普及和發展，焊接變位機的應用也逐漸普及，主要是在汽車，電子，機械等領域的焊接,焊接變位機結合焊接機器人組成一個小型流水線可以更好地節約能源和提高生產效率。

1 技術方案

機器人柔性焊接工作站立足于一小型自動化流水線作業，能焊接長度在2.5米以下的各種工件，集自動上料、半自動定位裝卡、自動焊接、自動卸貨于一體。從而降低工人勞動強度，提高生產效率。為了達到總體設計要求，制定了滿足要求的技術方案，該設備主要由工件定位工裝、智能搬運器、變位機、構件周轉架、碼垛架、送料機構、電氣及氣動系統等構成一小型流水線，見圖1。

圖1機器人柔性焊接工作站平面圖

主要流程：1）上料機構把原材料輸送到工位一；2）人工輔助裝卡定位；3）變位機把裝卡好的工件旋轉到工位二；3）機器人焊接位置1；4）翻轉軸翻轉90度；5）機器人焊接位置2；6）翻轉軸翻轉180度；7）機器人焊接位置3，工件焊接完成；8）變位機把焊接完的工件旋轉到工位一；9）智能搬運器到工位1取貨搬運到碼貨架。這樣一個流程結束，其中，工位一裝卡區和工位二焊接區同時進行，大大提高了焊接效率。

2 變位機的設計

變位機是機器人柔性焊接工作站的核心部件，主要由鋼結構、旋轉軸、翻轉軸、導軌、快速卡環等組成，如圖2。

圖2變位機平面圖

各部分的主要功能：（1）鋼結構為支撐部件；（2）旋轉軸使工位一和工位二的位置互換，達到焊接、卸貨和裝卡目的；（3）兩個翻轉軸為工位1或工位2的變位，使得機器人在最有利于焊縫成型的位置焊接和工件裝卡；（4）導軌作用是導向智能搬運器橫移到變位機上取貨；（5）快速卡環主要是焊接不同工件時快速更換工裝。

機器人柔性焊接工作站焊接精度主要由變位機的精度確定，由于機器人柔性焊接工作站的焊接精度在0.5mm以內，即變位機直徑為3.8米的轉盤在旋轉180度后的定位精度在0.5mm以內，翻轉定位精度也要在0.5mm以內。為達到以上要求，傳動采用伺服電機+復式活齒減速器，傳動精度達到0.01mm。

3 智能搬運器的設計

智能搬運器主要由升降架，橫移架、導向套、橫移輪、伸縮叉臂等組成，通過三臺電機的運行，實現能同時升降、橫移、伸縮動作的功能，從而達到卸貨目的，如圖3。

圖3 智能搬運器三視圖

智能搬運器是機器人柔性焊接工作站實現流水作業的重要部件，主要作用是通過導軌把變位機上焊接完成的工件搬運到碼貨架，降低工人勞動強度，提高了碼垛效率。

4 工件定位工裝的設計

工件定位工裝主要由工裝支座、定位勾、定位架、氣缸等組成，工裝支座為通用型，根據不同工件更換不同的定位架安裝在工裝支座上，通過變位機快速卡環將整個工件定位工裝與變位機連接；如圖4。

圖4 工件定位工裝立面圖

為同時實現工件的定位卡緊，巧妙的利用氣缸的伸縮動作，通過彈簧、拉鉤，實現了工件的定位卡緊兩個動作。通過變異，這一機構被廣泛應用在其他工件的定位卡緊中。

5 控制系統設計

圖5 控制系統圖

控制系統揉合了人機界面、伺服閉環驅動、PLC定位模塊等主流自動化控制元件，精度得到了保證，操作更便利，維護更簡單。

6 結束語

本文通過對機器人柔性焊接工作站的方案設計以及重要部件變位機、智能搬運器、工件定位工裝的設計分析，在控制系統設計過程中揉合了人機界面、伺服閉環驅動、PLC等主流自動化控制元件；并通過PLC與焊接機器人通訊，使得焊接變位機與焊接機器人無縫聯接。解決了以下關鍵技術：

（1）傳動采用伺服電機+復式活齒減速器，解決了變位機定位精度的高要求；

（2）解決了控制系統與機器人通訊問題；

（3）解決了工件的快速定位卡緊；

機器人柔性焊接工作站的設計及投入使用，極大的提高生產效率，與人工焊接比較，效率提高了3倍多，并且大大降低了工人的勞動強度。