Electric Welding Machine
摘要：
最新一代焊接机器人 MOTOMAN－VA、VS 系列由传统的 6 轴机器人变成 7 轴机器人，这使得新 型机器人在动作的灵活性上有了质的飞跃，提高了避免干涉的能力，可以保持同一姿态进行避障焊接 作业能力，现场布置非常紧凑。同时，新一代焊接机器人的焊接功能也得到增强。关键词：
7 自由度；防干涉功能；结构紧凑中图分类号：
TG409；TP242文献标识码：
C文章编号：
1001－2303(2009)04－0014－04第39卷 第 4 期 2009年 4 月
Vol．39 No．4 Apr．2009 Electric Welding Machine
曾孔庚，李永刚
(首钢 MOTOMAN 机器人有限公司， 北京 100176)
Development of a new generation welding robot
ZENG Kong-geng，LI Yong-gang
(Shougang MOTOMAN Robot Co．
，
Ltd．，
Beijing 100176，China)Abstract ：
A new generation of welding robot，MOTOMAN－VA，VS series appear which is a compact robot systerm．Compare to the traditional 6－axis robot，MOTOMAN－VA，VS series have 7 axis．The revolutionary innovation of the 7th axis has dramatically increased the freedom of the robot's movement and improve the ability for avoiding interfere，by keeping the optional posture for welding at all times．This newest robot can save space with high-density cell layout and increase welding function with highest performance．Key words ：
7 freedom；anti-interfere function；compact structure收稿日期：2009－03－30
作者简介：曾孔庚(1955—)，男，四川成都人，高级工程师，硕 士，主要从事机器人的应用技术工作。
1 新一代焊接机器人技术的发展理念
焊接机器人从 20 世纪 80 年代发展至今，在技 术性能和功能品质上经历了不断的发展和进步，动 作精度、灵活性、结构的纤细比、活动范围、焊接电 缆和焊枪的结构形式、手臂结构等都有了很大的改 进，焊接功能也更加丰富，满足了越来越多的应用 需求。
在此基础上，MOTOMAN 公司开发出最新一代 的焊接机器人。从技术发展理念来讲，新一代焊接机 器人追求结构更加紧凑、动作干涉区间极大减小，
可以在狭小空间内自由灵活地动作。基于这种特点，
机器人能够进行各种干涉的避障，在复杂工作环境 下有效作业。对某些需要连续焊接的空间曲线焊缝，
无需担心干涉的死点，用柔韧的姿态实现以前所 不能完成的工作。
此外，由于机器人可以用很低的姿态进行工作，
在机器人的布置上更加紧凑，在同一工位可以完成
多种焊接作业，提高生产效率。
2 新一代焊接机器人 MOTOMAN－
VA、 VS 系列特点
新一代机器人的核心是由传统的 6 自由度垂 直多关节机器人变为了 7 个自由度。增加的一个自 由度，是在机器人的第一俯仰臂上增加了一个回转 关节，其代表机型是弧焊机器人 VA－1400 和点焊机 器人 VS50，如图 1 所示。
VA 系列机器人是世界上首款 7 自由度弧焊机 器人。由于比常规机器人多了一个自由度，其动作 灵活度大大增加。在保持相同焊枪焊接角度的情况 下，手臂结构可以有余裕的动作和姿态，这样，机器 人的避障能力大为提高，而且在焊接过程中，随着 焊接的行进，不会因为工件和焊枪间的干涉而改变 焊枪与工件的夹角。其特点说明如图 2 所示。
7 轴机器人保持焊接姿态连续焊接的能力示 意如图 3 所示。
正是基于动作上的改进，使 VA 机器人可以实 现夹具和机器人的一体化操作，无干涉的设计可以
专 题 讨 论
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电焊机
新一代焊接机器人的技术发展
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Electric Welding Machine 图 1 MOTOMAN－VA1400 机器人
实现高密度布置，节省了空间。此外 VA 机器人具有 世界上同规格机器人中最快的动作速度和最大的 动作范围。
在机器人结构方面，VA 机器人将所有的焊接 电缆和气管都容纳于机器人内部，进一步减少动作 干涉，同时也便于各种形式的安装，如壁挂和倒吊 等。机器人送丝机安装在最佳位置，也减少了送丝 误差和干涉。同时，支持空冷焊枪、水冷焊枪和伺服 焊枪等。
VS 同样是一款 7 轴的点焊机器人。由于动作的 柔性，机器人可以进行很低位置的点焊作业，并且 安装得非常靠近工件，前后动作上没有死区，为生 产线的工艺分配和机器人的布置带来了更大的便 利。不用在现场挖掘地坑，就可实现机器人的前后 上下高密度布置，减少机器人和工装卡具的干涉，
实现紧凑型布置。VS50 高密度布置如图 4 所示。
为了配合 VS50 机器人紧凑布置，专门开发出
小型点焊钳，如图 5 所示。这种小型焊钳使用特殊 的空心电机，从电机中心穿过滚珠丝杠，使活动电 极的驱动为对称结构，减小焊钳尺寸和质量(小于
50 kg)，减小机器人承受载荷，使机器人体积更为小 巧；焊钳尺寸减小，也同样可以减小与周边装置的 干涉。虽然尺寸小了，但焊接时的加压力可以达到 图 2 弧焊机器人特点说明
图 3 7 轴机器人可达位置 图 4 VS50 高密度布置示例
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专题讨论 曾孔庚等：新一代焊接机器人的技术发展 第4期
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Electric Welding Machine 5 000 N，可以满足点焊工艺要求。
图 5 配备了超小型焊钳的 VS50 点焊机器人
3 性 能卓越、功能丰富的专用焊接 功能
MOTOMAN 新型机器人的焊接功能非常丰富。
除包括基本的再引弧、再起动、自动解除粘丝、焊接 规范渐变、各种模式的摆焊外，还具有可以实现精 细的焊接规范控制的功能。
精细熄弧时序控制如图 6 所示。通常，焊接熄弧 时要进行粘丝的检出。原有的检出方式是完成粘 丝的检查后，机器人再进行下一个动作。新功能是 在焊接结束后，检查粘丝状态的同时就移动机器 人，从而减少了熄弧时的停顿时间，提高生产效率。
尤其是在一个工件有多条短焊缝的情况下，效果更 为明显。
图 6 精细熄弧时序控制
引弧和熄弧时的焊接电流和保护气的精细处 理如图 7 所示。在引弧电流、焊接电流和熄弧电流之
间，分别设置斜坡过渡形式，保证电流平稳变化；
此外，保护气的开通和关断时间都可以设置提前量 和延迟量，以提高焊接质量。
图 7 引弧、熄弧精细条件处理
工具修正功能是通过检出功能、自动位移(PMT) 功能和宏程序自动修正因碰撞或其他因素造成的 焊枪 TCP 偏差，并修改作业程序。工具修正有两种 方法：一是完全修正，不仅修正 TCP 的位置偏差，
也修正工具的角度；二是简单修正，仅修正位置。工 具修正示意如图 8 所示。
最新的焊接接口技术 MOTOFRO 与 Fronius 焊 机之间进行全方位通信。通过以太网通信，设置焊机 工艺参数，特别是最新的 CMT 冷金属过渡焊接技术 中所涉及的各种信息，进一步体现出现代焊接技术 的特色。
4 新型机器人控制器 DX100
DX100 机器人控制器是最新一代的工业机器
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专题讨论 电焊机 第39卷
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Electric Welding Machine 图 8 焊枪校正功能
人控制器。在示教盒的显示画面中，增加了数字化 焊接界面，使得对于实际焊接的观察和检测更加直 观，如图 9 所示。DX100 控制器有强大的轴控制能 力，单台控制器可以进行 72 个轴的有效控制，其中 包括 8 台机器人。同时，也开发出世界上首个可以 直接进行机器人 7 轴操作示教的示教盒。
图 9 焊接条件的监视
同样，控制器的外型尺寸也更为小巧，可以在 上面放置其他控制机箱。低矮型控制器下可放置焊 接电源。
为了便于焊接作业的示教，新增加了焊枪坐标 系功能。机器人的操作可以按照焊枪来操作和调 整，也可以使用焊枪坐标系(见图 10)来显示机器人 的位置信息，或根据焊接坐标系平移调整机器人位 置，方便地取得良好的焊接效果示教条件。
显示和处理功能的提高是新一代焊接机器人
控制器的又一特点。在机器人程序运行时进行各种 文件、数据的处理和编辑，而之前只能进行观察和 阅读。程序的语言命令结构和可视性，也有进一步 的提高。
安全功能得以加强。程序中途意外停止时，可 以准确地停止在原始轨迹上，重新起动时不会发生 任何意外。同一台控制器可以在 8 台机器人之间相 互进行干涉检查，还能进行不同控制器之间的干涉 检查。
5 结论
新一代 MOTOMAN 焊接机器人由传统的 6 自由 度发展为 7 自由度。由于自由度的增加，提升了机 器人的动作性，在高度紧凑的现场布置的同时，还能 更好地完成一些特殊的焊接作业。此外，在焊接功 能和控制器性能等方面也有了很大的改善和提高。
图 10 焊枪坐标系示意
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