管桩端板多工位机器人自动化焊接系统设计中总体方案设计及布局分析

方案一:布局如图2.4所示。

该种布局平面尺寸为11200mm X 6800mm。多工位机器人自动焊接系统由两个焊接机器人，两个供料机器人和一个上料机器人组成。一个供料机器人每次夹持两个端板，两个弧焊机器人同时开始焊接。为了充分利用机器人资源，提高焊接效率，设计两个供料机器人轮换供料。搬运机器人手腕部位安装焊缝检测传感器，可准确识别端板毛坯焊缝位置。由于机器人作用范围有限，所以先由上料机器人将端板毛坯搬运至运料小车，同时实现焊缝定位。然后小车通过轨道行驶至固定位置，便于供料机器人夹持毛坯。

方案二:布局如图2.6所示。

该布局平面尺寸为8400mm X 7500mm，布局面积小于方案一。由于两个供料机器人距离缩短，不需要设计轨道辅助上料。缺点是为了实现双工位焊接，需要设计轨道移动焊接机器人的位置。

方案三:布局如图2.7所示。

该布局平面尺寸为8400mm X 6500mm，布局面积小于方案一和方案二。在方案二的基础上，将两个焊接机器人的位置固定，充分利用机器人调整位姿的灵活性，供料机器人旋转同时将夹具旋转，使焊缝处于焊接机器人适合焊接的最佳位置(A圆和B圆为焊接机器人1的作用范围，C圆和D圆为焊接机器人1的作用范围)，避免了方案二移动焊接机器人可能造成的精度误差，为最佳方案。

综上所述，应选择方案三，总体方案设计如下:

机器人焊接系统由5个ABB焊接机器人组成，外围配置机器人控制柜、PLC控制柜、焊接电源、气瓶、触摸屏等，两个供料机器人两侧放置CCD传感器，两个焊接机器人两侧放置清枪剪丝装置，如图2.8所示。

管桩端板多工位机器人自动化焊接系统的工作过程为:

1)操作人员将装有管桩端板毛坯的上料毛坯架用天车或叉车吊运至底座，并用汽缸锁紧装置锁紧。

2)上料机器人移动至上料毛坯架上方，通过上料机器人夹具内的测距传感器测量机器人手腕与上料毛坯架最上端端板毛坯的距离，然后上料机器人夹具向下移动相同距离接触到端板毛坯，电永磁铁通电产生磁力，夹取一块管桩端板毛坯，将其送至中转工位台。

3)供料机器人移动至中转工位台，缓慢夹紧两块端板毛坯，搬运至CCD传感器拍照后移至焊接机器人;焊接机器人收到动作指令后，在焊接电源输出的焊接电压和焊接电流作用下，通过焊枪起弧开始执行焊接任务。

4)焊接完成后，供料机器人将成品搬运至成品架，通过测距传感器测量手腕和上料毛坯架最上端端板毛坯的距离，然后向下移动相同的距离接触到端板毛坯，此时电永磁铁断电松开管桩端板。

另一供料机器人重复上述供料机器人的动作，依次进行焊接。

总的工作流程图如图2.9。

本文设计的机器人焊接系统能够充分利用机器人资源，提高焊接效率，很大程度上减少了劳动强度，而且能够解决端板毛坯焊缝位置不固定、宽度不均匀影响焊接效果的问题，实现管桩端板的智能化焊接。设置多工位供料，充分利用了焊接机器人资源，提高了焊接效率;通过焊缝检测传感器和计算机图像识别技术，能够准确识别焊缝位置和宽度，实现了自动识别焊缝信息的智能化;设置上料机器人自动上料，降低了劳动强度，实现了上料、供料和焊接全过程的高度自动化。