弧焊機(jī)器人在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，而其本體又是其重要的組成部分，對(duì)機(jī)器人的性能有著極其重要的影響。 　　弧焊機(jī)器人是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，在汽車制造業(yè)高質(zhì)高效的焊接生產(chǎn)中發(fā)揮了極其重要的作用?；『笝C(jī)器人本體是影響弧焊機(jī)器人性能的關(guān)鍵部分之一，隨著弧焊機(jī)器人在汽車制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，掌握弧焊機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，可為以后的應(yīng)用研發(fā)和二次開發(fā)做好鋪墊。 　　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 　　奇瑞公司車型種類多、品種復(fù)雜，在以往手工生產(chǎn)線上，如果需要混線生產(chǎn)同一型號(hào)不同種類的車型，人工焊接速度因工件、工具的差別而大大降低，生產(chǎn)的汽車產(chǎn)品質(zhì)量也隨之呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性。因此，奇瑞公司采用弧焊機(jī)器人代替人工操作，穩(wěn)定和提高了焊接質(zhì)量，改善了工人的勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，明確了產(chǎn)品周期。 　　下面以底盤弧焊機(jī)器人系統(tǒng)為例，來介紹機(jī)器人的應(yīng)用。 　　該系統(tǒng)由弧焊焊機(jī)器人、回轉(zhuǎn)夾具及PLC 集中控制系統(tǒng)等組成。 　　弧焊機(jī)器人負(fù)責(zé)焊接工作，由配套的控制系統(tǒng)進(jìn)行焊接控制；回轉(zhuǎn)夾具作為機(jī)器人的外圍設(shè)備，通過工位變換（工作臺(tái)的工位為0°、180° 、360°）傳遞加工工件，采用人工上下料；PLC作為上位機(jī)協(xié)調(diào)控制回轉(zhuǎn)夾具并與機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息互換，控制整個(gè)弧焊系統(tǒng)的正常工作。 　　采用弧焊機(jī)器人后，只需預(yù)先編制好適應(yīng)不同車型生產(chǎn)所需的若干套不同的運(yùn)動(dòng)與焊接程序，機(jī)器人將根據(jù)工作指令，自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的工作程序與不同車體焊接所需的工具，即能自動(dòng)適應(yīng)車型的復(fù)雜變化?；『笝C(jī)器人的廣泛應(yīng)用，為奇瑞公司的汽車制造實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)帶來了前所未有的生機(jī)。 　　目前，很多汽車制造企業(yè)都采用了弧焊機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，但是，弧焊機(jī)器人的采購(gòu)費(fèi)用很高，并且一些現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果不是很好。在弧焊機(jī)器人施焊的過程中，如果焊接條件基本穩(wěn)定，則機(jī)器人能夠保證焊接質(zhì)量。但是，由于各種因素的影響，實(shí)際的焊接條件經(jīng)常發(fā)生變化。 　　由于強(qiáng)烈的弧光輻射、高溫、煙塵、飛濺、坡口狀況、加工誤差、夾具裝夾精度、表面狀態(tài)和工件熱變形等影響會(huì)使焊槍偏離焊縫，從而造成焊接質(zhì)量下降甚至失敗。 　　在工藝設(shè)計(jì)中，對(duì)設(shè)備選型沒有深入研究，以為機(jī)器人是“萬能”的。選擇的焊件、焊縫分布復(fù)雜，機(jī)器人難以適應(yīng)。一個(gè)焊件，幾十道甚至百道焊道，即使機(jī)器人具有起始點(diǎn)尋找和跟蹤功能，由于待焊焊道的偏差，機(jī)器人在完成焊接20％～30％，多者40％～50％焊接以后，夾持的焊槍就可能偏離焊道了。 　　本體分析 　　企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)一方面要裝備機(jī)器人，提高產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面要減少設(shè)備投資，降低產(chǎn)品成本。另外，從技術(shù)方面考慮，購(gòu)置機(jī)器人不能脫離應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，一旦達(dá)不到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人應(yīng)用失敗。因此只有加強(qiáng)人才培養(yǎng)，進(jìn)一步了解機(jī)器人本身，才可以正確選型，合理應(yīng)用。 MOTOMAN弧焊機(jī)器人是極具代表性的一款機(jī)器人，其中MOTOMAN-YR-K6型弧焊機(jī)器人末端負(fù)載為15kg，具有6個(gè)自由度，其機(jī)械本體主要由機(jī)座（1軸）、手臂（2、3軸）、手腕（4、5、6軸）組成，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器在空間中所要求的位置和姿態(tài)。 　　1.機(jī)座和手臂 　　機(jī)器人的手臂由動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件構(gòu)成，用以支撐和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器的位置。手臂部件一般具有2～3個(gè)自由度，包括驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐連接件等。機(jī)器人手臂安裝在機(jī)座上，由機(jī)座實(shí)現(xiàn)手臂的整體回轉(zhuǎn)或升降。 MOTOMAN-YR-K6型機(jī)器人機(jī)座部分根據(jù)整個(gè)機(jī)器人本體所受全部重量和工作載荷，采用了回轉(zhuǎn)機(jī)座的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人本體的整體回轉(zhuǎn)，作為一種特殊的手臂，采用高強(qiáng)度材料，保證了足夠的剛度、強(qiáng)度和承載能力。 而手臂部分根據(jù)其自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)形式、承受的載荷和運(yùn)動(dòng)精度要求，將小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)安裝在大臂上，通過平行四連桿機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到小臂上。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是將小臂驅(qū)動(dòng)安裝在大臂下端，減輕了小臂重量，也就減輕了大臂負(fù)載重量，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性同時(shí)也得到提高，但是這種結(jié)構(gòu)限制了機(jī)器人的工作范圍。目前，主流的機(jī)器人本體已經(jīng)采用開鏈結(jié)構(gòu)，從而大大提高了機(jī)器人在空間運(yùn)動(dòng)的靈活性。該機(jī)器人機(jī)座、手臂部分通過加裝緩沖和限位裝置提高了定位精度，通過可靠的連接，保證了運(yùn)動(dòng)精確性和運(yùn)動(dòng)剛度，減少了機(jī)座與手臂間的運(yùn)動(dòng)誤差（如圖1）。 [align=center] 圖1 弧焊機(jī)器人 1—回轉(zhuǎn)機(jī)座；2、3—交流伺服電機(jī)；4—大臂；5—連桿；6—小臂[/align] 工作原理：一般交流伺服電機(jī)都串接減速器，制動(dòng)器及編碼器，以增大扭矩、提高位姿精度及控制性能。圖1中，回轉(zhuǎn)機(jī)座1內(nèi)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)座進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使各手臂隨機(jī)座回轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)3驅(qū)動(dòng)大臂4進(jìn)行前后擺動(dòng)，伺服電機(jī)2直接驅(qū)動(dòng)連桿5，根據(jù)四桿原理間接驅(qū)動(dòng)小臂6進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)。 2.手腕 機(jī)器人的手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件，其主要功能是當(dāng)手臂和機(jī)座實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個(gè)位置坐標(biāo)后，再由手腕來實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個(gè)姿態(tài)坐標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。通過機(jī)械接口，聯(lián)接并支撐末端執(zhí)行器。 MOTOMAN-YR-K6型機(jī)器人手腕回轉(zhuǎn)軸部分根據(jù)整個(gè)手腕所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用了空心薄壁矩形框體的結(jié)構(gòu)，提高了抗彎剛度和抗扭剛度，減輕了自身的重量。而擺動(dòng)軸部分根據(jù)手腕處的負(fù)載和動(dòng)作靈活性，采用分離傳動(dòng)，將伺服電機(jī)安置在手腕回轉(zhuǎn)軸空心結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，減少了自身的重量和體積。整個(gè)手腕部分選用高強(qiáng)度、輕質(zhì)合金材料，提高了傳動(dòng)剛度，減小了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于整個(gè)手腕部分結(jié)構(gòu)緊湊，減少了因間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差，提高了手腕動(dòng)作的精確性（如圖2）。 [align=center] 圖2 具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度（4，5，6軸）的手腕結(jié)構(gòu) 1、3、4—伺服電機(jī)；2、5—傳動(dòng)帶；6、7—諧波減速器；8—手腕殼體； 9、13—回轉(zhuǎn)軸；10—帶輪；11—擺動(dòng)軸；12—圓錐齒輪[/align] 工作原理：伺服電機(jī)1通過裝在手腕殼體8上的減速器2，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸9進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（4軸運(yùn)動(dòng)）；伺服電機(jī)3、4實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)4通過帶輪，傳動(dòng)帶5及減速器6，帶動(dòng)擺動(dòng)軸11進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕擺動(dòng)（5軸運(yùn)動(dòng)）；伺服電機(jī)3通過帶輪10，傳動(dòng)帶，圓錐齒輪12，減速器7，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)13進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕扭轉(zhuǎn)（6軸運(yùn)動(dòng)）。 通過對(duì)MOTOMAN-YR-K6型機(jī)器人本體的分析，了解到其在本體設(shè)計(jì)及選型應(yīng)用時(shí)遵循以下幾個(gè)原則： （1）最小運(yùn)動(dòng)慣量原則：由于機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)部件較多，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。采用最小運(yùn)動(dòng)慣量原則，盡量減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，可增加本體運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，提高本體動(dòng)力學(xué)特性。 （2）尺寸優(yōu)化原則：當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足一定工作空間要求時(shí)，通過尺寸優(yōu)化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于本體剛度的提高，使運(yùn)動(dòng)慣量進(jìn)一步降低。 （3）高強(qiáng)度材料選用原則：由于機(jī)器人本體從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)度材料以減輕零部件的質(zhì)量，減少運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)載荷與沖擊，減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載，提高運(yùn)動(dòng)部件的響應(yīng)速度是十分必要的。 （4）剛度設(shè)計(jì)的原則：要使剛度最大，必須恰當(dāng)?shù)剡x擇桿件截面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。 （5）可靠性原則：機(jī)器人本體因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。一般來說，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機(jī)的可靠性。 （6）工藝性原則：機(jī)器人本體是一種高精度、高集成度的自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計(jì)時(shí)要體現(xiàn)的重要原則之一。 弧焊機(jī)器人在國(guó)內(nèi)和國(guó)外的應(yīng)用場(chǎng)合較多，在奇瑞汽車有限公司也應(yīng)用廣泛，像車身焊裝，底盤焊裝等均用到弧焊機(jī)器人。通過對(duì)MOTOMAN-YR-K6型機(jī)器人本體的分析，深入了解機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，為以后的應(yīng)用研發(fā)和二次開發(fā)做好鋪墊，并為掌握機(jī)器人技術(shù)提供幫助。