Лазерные технологии

Сварочные роботы являются основными исполнительными устройствами современных автоматизированных сварочных производственных линий. Их точность перемещения, скорость отклика и грузоподъёмность в значительной степени зависят от характеристик приводной системы. Приводная система отвечает за преобразование управляющих команд в движения сочленений робота.

Способы привода сварочных роботов в основном подразделяются на следующие базовые типы:

1.Гидравлический привод робота:  Как следует из названия, данный тип робота использует гидравлическую энергию для выполнения механических движений. Его характеристики включают: усилие захвата свыше 100 кг, плавность передачи движения, компактную конструкцию и высокую чувствительность движений. Однако к уплотнительным устройствам предъявляются чрезвычайно строгие требования.

Преимущества:

Высокое отношение мощности к массе:  Выходное усилие значительно превышает усилие пневматических и электрических приводов при одинаковом объёме.

Плавное движение: Гидравлическое масло обладает демпфирующими свойствами и высокой стойкостью к ударным нагрузкам.

Самосмазывание:  Гидравлическое масло смазывает движущиеся детали и обеспечивает длительный срок службы.

Ограничения:

Склонность к утечкам:  Износ уплотнений может легко привести к утечке масла и загрязнению свариваемой детали.

Чувствительность к повышению температуры: Изменения температуры масла вызывают изменения его вязкости, что влияет на точность управления.

Сложное обслуживание:  Требуется гидравлическая станция, система охлаждения и фильтрации, занимающие значительную площадь.

2.Пневматические манипуляторы  — это манипуляторы, использующие сжатый воздух для приведения в действие своих исполнительных устройств. Их основные преимущества: легко доступный источник воздуха, низкое выходное усилие, быстродействие пневматического привода, относительно простая конструкция и низкая стоимость. Однако их недостатками являются плохая стабильность рабочей скорости из-за сжимаемости воздуха, значительные ударные нагрузки, а также ограниченная масса захватываемого груза — примерно до 30 кг — из-за относительно низкого давления воздуха. По сравнению с гидравлическими манипуляторами пневматические манипуляторы более пригодны для применения в условиях высокой скорости, малой нагрузки, высоких температур и запылённости.

Преимущества:

Низкая стоимость:  Недорогой источник воздуха и исполнительные устройства, простое техническое обслуживание.

Отсутствие перегрева: Хороший теплоотвод, подходит для вспомогательных операций в условиях высокотемпературной сварки.

Чистота:  Безвредный для окружающей среды выхлоп.

Ограничения:

Слабые возможности позиционирования:  Трудно обеспечить позиционирование в произвольной промежуточной точке; подходят только для конечных позиций.

Ползучее движение на низких скоростях:  Нестабильное перемещение при низких скоростях.

Высокий уровень шума:  Шум выхлопа обычно превышает 75 дБ.

3. Роботизированная рука с механической передачей: Этот тип роботизированной руки приводится в движение механизмом механической передачи. Это специализированная роботизированная рука, устанавливаемая на основной станок; её энергия поступает преимущественно от рабочего механизма. Основные характеристики — точность и надёжность перемещений, высокая частота циклов работы; однако конструкция имеет большие габариты, а программа движения фиксирована. Чаще всего применяется для загрузки и выгрузки заготовок на основном станке.

Преимущества:

Высокая точность и точное передаточное отношение: Механическая передача основана на жёстком зацеплении или контакте без проскальзывания (например, зубчатые колёса или ходовые винты), что обеспечивает точное передаточное отношение и высокую повторяемость. При этом исключаются проблемы утечек рабочей жидкости или гистерезиса, характерные для гидравлических систем.

Быстрое время отклика:  Механические компоненты обладают высокой жёсткостью и не обладают сжимаемостью гидравлического масла или газа, что обеспечивает прямую передачу движения и быстрый отклик при пуске, остановке и реверсе, что делает их пригодными для высокоскоростной эксплуатации.

Высокая грузоподъемность: Благодаря хорошо спроектированному редуктору или рычажному механизму механические передачи способны выдерживать большие статические и динамические нагрузки, а также характеризуются высоким КПД передачи (особенно зубчатые передачи, КПД которых превышает 90 %).

Высокая надёжность и длительный срок службы:  При хорошей смазке и нормальных условиях эксплуатации механические компоненты имеют длительный ресурс усталостной прочности, чётко выраженные режимы отказов и легко поддаются прогнозированию и техническому обслуживанию.

Преимущества:  Высокая адаптивность к окружающей среде: в отличие от электроприводов, чувствительных к электромагнитным помехам, и гидроприводов, уязвимых к загрязнению масла, чисто механические передачи обладают определённой устойчивостью к воздействию агрессивных условий, таких как высокие температуры, пыль и радиация.

Ограничения:  

Сложная конструкция и большие габариты/масса:  Для реализации движений с несколькими степенями свободы требуются сложные комбинации звеньев, шарниров и зубчатых передач, что приводит к созданию громоздкого робота с большим моментом инерции и ограничивает его динамические характеристики при высокоскоростной работе.

Низкая гибкость: После завершения проектирования и изготовления чисто механических передач (например, кулачковых механизмов и рычажных механизмов) траектория движения и ход становятся фиксированными, что затрудняет адаптацию к гибким производственным требованиям при выпуске изделий множества типов небольшими партиями. Изменение движения обычно требует замены кулачка или регулировки рычажного механизма, что является трудоёмким и времязатратным процессом.

Существует люфт:  Зацепление зубчатых колёс и шарнирные соединения неизбежно сопровождаются люфтом. Длительный износ усугубляет люфт, что приводит к снижению точности хода передачи и позиционирования, а также к ухудшению качества сварочных траекторий.

Высокая стоимость изготовления и повышенные требования к техническому обслуживанию:  Точное зубчатое колесо, высокоточные ходовые винты и другие детали сложно и дорого изготавливать. Одновременно механические соединения требуют регулярной смазки, защиты от пыли и контроля износа, что приводит к значительным трудозатратам на техническое обслуживание.

Преимущества:  Шум и вибрация: при работе на высоких скоростях удары при зацеплении зубчатых передач и инерция звеньев вызывают значительный шум и механическую вибрацию, что потенциально может повлиять на стабильность сварочной дуги.

4. Роботизированная рука с электроприводом: Данный тип роботизированной руки использует специально сконструированный асинхронный двигатель, линейную электромеханическую систему или шаговый двигатель для непосредственного привода исполнительного механизма. Поскольку промежуточный преобразующий механизм не требуется, механическая конструкция относительно проста. В частности, роботизированные руки с линейными двигателями обеспечивают высокую скорость и большой ход, а также отличаются удобством в эксплуатации и техническом обслуживании.

Преимущества:

Наивысшая точность: Способна выполнять сварку сложных пространственных кривых (например, дуг окружностей и сплайн-кривых).

Гибкое управление:  Простота оцифровки, сетевого подключения и реализации обучения программированию.

Высокая энергоэффективность: КПД преобразования энергии может превышать 90 %, а потребление мощности в режиме ожидания — низкое.

Низкие эксплуатационные расходы:  Отсутствует необходимость в гидравлическом масле или пневматических шлангах, что обеспечивает чистоту.

Ограничения:

Высокая стоимость: Сервомоторы и прецизионные редукторы стоят дорого.

Защиту от перегрева: Во время продолжительной сварки на высокой скорости при полной нагрузке требуется контролировать охлаждение двигателя.

Чувствителен к электромагнитным помехам:  Требуется надлежащее экранирование и заземление.

В целом современные сварочные роботы развиваются в направлении полной электрификации, высокой точности, сетевой интеграции и совместной работы. Глубокая интеграция систем привода и передачи (например, исключение редуктора в двигателях прямого привода с крутящим моментом и интеграция модулей привода непосредственно в сочленениях) дополнительно повышает надёжность и точность следования заданной траектории. В будущем, благодаря сочетанию алгоритмов сервопривода (например, управления по силе и визуального сервопривода) с технологиями искусственного интеллекта, сварочные роботы станут ещё более интеллектуальными и гибкими, чтобы соответствовать всё более сложным требованиям к сварочным процессам и производственной среде.