焊接是工業(yè)生產中非常重要的加工方式，但由于焊接煙塵、弧光和金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境非常惡劣。隨著人工成本的逐步提升，以及人們對焊接質量的精益求精，焊接機器人得到了越來越廣泛的應用。

　　機器人運用的特點

　　焊接機器人在高質、高效的焊接生產中發(fā)揮了極其重要的作用，其主要特點如下：

　　1.性能穩(wěn)定、焊接質量穩(wěn)定，保證其均一性

　　焊接參數（如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等）對焊接結果起決定性作用。人工焊接時，焊接速度、干伸長度等都是變化的，很難做到質量的均一性；采用機器人焊接，每條焊縫的焊接參數都是恒定的，焊縫質量受人為因素影響較小，降低了對工人操作技術的要求，焊接質量非常穩(wěn)定。

　　2.改善了工人的勞動條件

　　采用機器人焊接后，工人只需要裝卸工件，遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等；點焊時，工人不再需要搬運笨重的手工焊鉗，從大強度的體力勞動中解脫出來。

　　3.提高勞動生產率

　　機器人可一天24h連續(xù)生產，隨著高速、高效焊接技術的應用，使用機器人焊接，效率提高得更加明顯。

　　4.產品周期明確，容易控制產品產量

　　機器人的生產節(jié)拍是固定的，因此安排生產計劃非常明確。

　　5.縮短產品改型換代的周期，降低相應的設備投資

　　機器人與專機的最大區(qū)別就是它可以通過修改程序以適應不同工件的生產，可實現小批量產品的焊接自動化。

FANUC機器人控制系統

　　1.概述

　　FANUC機器人主要應用在奇瑞公司乘用車一廠和乘用車三廠的焊裝車間中，是奇瑞公司最早引進的焊接機器人，也是最先用到具有附加軸的焊接機器人。M-10iA機器人弧焊應用如圖1所示。其控制系統采用32位CPU控制，以提高機器人運動插補運算和坐標變換的運算速度；采用64位數字伺服驅動單元，同步控制6軸運動，運動精度大大提高，最多可控制21軸，進一步改善了機器人動態(tài)特性；支持離線編程技術，技術人員可通過離線編程軟件設置參數，優(yōu)化機器人運動程序；控制器內部結構相對集成化，這種集成方式具有結構簡單、整機價格便宜且易維護保養(yǎng)等特點。其控制原理如圖2所示。

　　圖2 FANUC機器人控制原理

　　2.內部結構分析

　　控制器是機器人的核心部分，實現對機器人的動作操作、信號通信和狀態(tài)監(jiān)控等功能。下面以FANUC F-200iB為例，對其控制系統內部結構和各部分的功能進行分析：

　?。?）電源供給單元 變壓器向電源分配單元輸入230V交流電，通過該單元的系統電源分配功能對控制箱內部各工作板卡輸出210V交流電及±15V、＋24V直流電。

　?。?）安全保護回路 由變壓器直接向急停單元供電，并接入內部各控制板卡形成保護回路，對整個系統進行電路保護。

　　（3）伺服放大器 不僅提供伺服電動機驅動和抱閘電源，并且與絕對值編碼器實現實時數據轉換，與主控機間采用光纖傳輸數據，進行實時信號循環(huán)反饋。

（4）輸入/輸出模塊 標配為ModuleA/B，另外也可通過在擴展槽安裝Profibus板、過程控制板與PLC及外圍設備進行通信。

　　（5）主控單元 整個控制系統的中樞部分，包括主板、CPU、FROM/SRAM組件及伺服卡，負責控制器內部及外圍設備的信號處理和交換。

　　（6）急停電路板 用來對緊急停止系統、伺服放大器的電磁接觸器以及預備充電進行控制。

　?。?）示教器 包括機器人編程在內的所有操作都能由該設備完成，控制器狀態(tài)和數據都顯示在示教盒的顯示器上。

　　故障案例分析

　　FANUC機器人控制器斷電檢修后，對控制器送電，機器人報伺服故障，故障代碼為SERVO-062。對此故障進行復位：按MENUS→SYSTEM→F1，[TYPE]→找master/cal→F3，RES_PCA →F4，YES后，機器人仍然報伺服故障。

　　1.故障分析和檢查

　　故障代碼SERVO-062的解釋為SERVO2 BZAL alarm（Group: %d Axis:%d），故障可能原因分析如下：

　?。?）機器人編碼器上數據存儲的電池無電或者已經損壞 拆卸編碼器脈沖數據存儲的電池安裝盒，電池盒內裝有4節(jié)普通1.5V的1號干電池，對每節(jié)電池的電壓進行測量，均在1.4V以下，電池電壓明顯偏低，于是更換新電池，再次對故障進行復位，機器人仍然報SERVO-062故障。

　?。?）控制器內伺服放大器控制板壞 檢查伺服放大器LED“D7”上方的2個DC鏈路電壓檢測螺絲，確認DC鏈路電壓。如果檢測到的DC鏈路電壓高于50V，就可判斷伺服放大器控制板處于異常狀態(tài)。實際檢測發(fā)現DC鏈路電壓低于50V，所以初步判斷伺服放大器控制板處于正常狀態(tài)。進一步對伺服放大器控制板上P5V、P3.3V、SVEMG和OPEN的LED顏色進行觀察，確認電源電壓輸出正常，沒有外部緊急停止信號輸入，與機器人主板通信也正常，排除伺服放大器控制板損壞。

（3）線路損壞 對機器人控制器與機器人本體的外部電纜連線RM1、RP1進行檢查，RM1為機器人伺服電機電源、抱閘控制線，RP1為機器人伺服電機編碼器信號以及控制電源線路、末端執(zhí)行器線路和編碼器上數據存儲的電池線路等線路。拔掉插頭RP1，對端子5、6和18用萬用表測量＋5V、＋24V控制電源均正常；接下來對編碼器上數據存儲的電池線路進行檢查。機器人每個軸的伺服電機脈沖編碼器控制端由1～10個端子組成，端子8、9和10為＋5V電源，端子4、7為數據保持電池電源，端子5、6為反饋信號，端子3為接地，端子1、2空。拔掉M1電機的脈沖控制插頭M1P，萬用表測量端子4、7，電壓為0；同樣的方法檢查M2～M7電動機全部為0，由此可以判斷編碼器上數據存儲的電池線路損壞。順著線路，發(fā)現正負電源雙絞線的一端插頭長期埋在積水中，線路已腐蝕嚴重。

　　2.故障處理

　　更換線路后復位，對機器人進行全軸零點復歸“ZERO POSITION MASTER”，導入備份程序后恢復正常，故障排除。

　　結語

　　FANUC作為日系機器人的主要品牌之一，其在控制原理上與其他品牌機器人大致相同，但其控制部分組成結構有著自己的風格，體現了亞洲人的使用習慣，比較適合國內使用。

　　我國焊接機器人技術的研究應用雖然較晚，但借鑒了國外的成熟技術，發(fā)展非常迅速。2009年我公司與哈爾濱工業(yè)大學合作開發(fā)的奇哈機器人誕生，我們看到了企業(yè)與科研單位合作的力量，認為應用型企業(yè)參與設備的研究是個很好決策。當然，焊接機器人是個機電一體化的高技術產品，單靠企業(yè)的自身能力是不夠的，需要政府為機器人生產企業(yè)及使用國產機器人系統的企業(yè)提供一定的政策和資金支持，加速我國國產機器人的發(fā)展。