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径或种类)的机器人，必须选用分离式送丝机。

送丝机的结构有一对送丝辊轮的，也有两对辊轮的；有只用一个电机驱动一对或两对辊轮的，也有用两个电机分别驱动两对辊轮的。从送丝力来看，两对辊轮的送丝力比一对辊轮的大些。当采用药芯焊丝时，由于药芯焊丝比较软，辊轮的压紧力不能象用实心焊丝时那么大，为了保证有足够的送丝推力，选用两对辊轮的送丝机可以有更好的效果。对于送丝机与机器人连成一体的安装方式，虽然送丝软管比较短，但有时为了方便换焊丝盘，而把焊丝盘或焊丝桶敢在远离机器人的安全围栏之外，这就要求送丝机有足够的拉力从较长的导丝管中把焊丝从焊丝盘(桶)拉过来，再经过软管推向焊枪。对于这种情况，和送丝软管比较长的分离式送丝机一样，都希望选用送丝力较大的送丝机。如忽视这一点，往往会出现送丝不稳定甚至中断送丝的现象。送丝机的送丝速度控制方法可分为开环和闭环两种。目前，大部分送丝机仍采用开环的控制方法，但也有一些采用装有光电传感器(或码盘)的伺服电机，使送丝速度实现闭环控制，不受网路电压或送丝阻力波动的影响，保证送丝速度的稳定性。

对填丝的脉冲TIG焊来说，可以选用连续送丝的送丝机也可以选用能与焊接脉冲电流同步的脉动送丝机。脉动送丝机的脉动频率可受电源控制，而每步送出焊丝的长度可以任意调节。脉动送丝机也可以连续送丝。因此，近来填丝的脉冲TIG焊机器人配备脉动送丝机的情况已逐步增多。 2、送丝软管的选择和保持送丝稳定的措施

目前软管都是将送丝、导电、输气和通冷却水做成一体的方式，软管的中心是一根通焊丝同时也起输送保护气作用的导丝管，外面缠绕导电的多芯电缆，有的电缆中还夹有两根冷却水循环的管子，最外面包敷一层绝缘橡胶。当送铝焊丝时，应选用特富隆(TEFLON)或尼龙制成的管做导丝管；而送钢焊丝时，一般采用钢制的弹簧管。导丝管的内径应比焊丝直径大lmm左右。造成弧焊机器人送丝不稳定的原因往往是软管阻力过大。一方面可能是选用的导丝管内径与焊丝直径不匹配；另一方面可能是导丝管内积存由焊丝表面剥落下来的铜末或钢末过多所造成的。因此弧焊机器人应选用镀铜层较牢固的优质焊丝，并调节好送丝辊轮的压紧力，尽可能减少焊丝表面镀铜层的剥落，而且一个月至少应定期清洗一次导丝管。如能选用不锈钢制成的导丝管更好，由于奥氏体不锈钢没有磁性不会吸住钢末，不但容易清理，而且不易堵塞导丝管。还必须注意在编程时调整焊枪和机器人的姿态，尽可能减少软管的弯曲程度。特别是

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用分离式送丝机，由于软管较长，如忽视调节机器人与送丝机的距离及姿态，软管很容易出现多个小弯，而造成送丝不畅，这点往往被编程人员所忽视。目前越来越多的机器人公司把安装在机器人上臂的送丝机稍为向上翘，有的还使送丝机能作左右小角度自由摆动，目的都是为了减少软管的弯曲，保证送丝速度的稳定性。 3、焊枪的选择

焊接机器人用的焊枪大部分和手工半自动焊用的鹅颈式焊枪基本相同。鹅颈的弯曲角一般都小于45°，可以根据工件特点选不同角度的鹅颈，以改善焊枪的可达性。但如鹅颈角度选得过大，送丝阻力会加大，送丝速度容易不稳定：而角度过小，如0°，一旦导电嘴稍有磨损，常会出现导电不良的现象。应该注意，当更换不同弯曲角的鹅颈的焊枪后，必须对机器人TCP(工具中心点)进行相应的调整，否则焊枪的运动轨迹和姿态都会发生变化。近来为了提高送丝速度的稳定性，特别是高速送丝和送铝焊丝时的稳定性，在焊枪上增加一个由小型伺服电机驱动的拉丝机构，使送丝机和焊枪的拉丝机形成一推一拉的送丝系统。对这种推拉送丝系统必须协调好两个电机的转速，调节好送丝机和焊枪上各对送丝辊轮的压紧力，使送丝机的推丝作用为主，焊枪的拉丝为辅。这样，即使是由于某种原因两个电机速度不匹配，焊枪上的送丝辊轮能够打滑，而不至于损坏焊丝的表面或使焊丝从辊轮间挤出来，造成焊接的中断。目前，除了一些焊铝的机器人或高速焊的机器人装有拉丝式焊枪外，比较多的还是选用普通鹅颈焊枪。 4、防撞传感器

对于弧焊机器人除了要选好焊枪以外，还必须在机器人的焊枪把持架上配备防撞传感器。防撞传感器的作用是当机器人在运动时，万一焊枪碰到障碍物，能立即使机器人停止运动(相当于急停开关)，避免损坏焊枪或机器人。如果没有安装防撞传感器或传感器不够灵敏，一旦焊枪和工件发生轻度碰撞，焊枪可能被碰歪，如操作者又没有及时发现，由于TCP的变化，随后焊接的路径将会发生较大的变化，而焊出废品。因此，TIG焊炬和MIG／MAG焊枪的把持架上都必须装有防撞传感器。

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第7章 PLC系统设计

7.1电气设备概述

本焊接机械人可实现五个自由度的运动，即PLC和光电编码器相协调控制，程序的选择可在电气操作的转换由要安装在机器的传感器进行控制。

7.1.1电气控制的变压系统部分设计

根据PLC输出端的特点，本系统共需以下四种电压： （1）作为PLC电源的交流220伏 （2）线圈所需电源交流100伏 （3）电磁铁所需电源直流24伏 （4）原点指示灯所需电源交流6.3伏

变压系统的左右两端均采用空气断路器作为短路保护及长期过载保护，其中直流110伏需要安装整流器。

7.1.2电气控制的部分设计

（1）PLC应用概述

可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，早期也称为PLC(Programmaboe Logic Controller)，区别于个人计算机的“PC”（Personal Computer）。PLC是从60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的控制技术和计算机控制技术、通信技术融为一体，以其显著的优点正被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。

传统的继电器接触器控制虽具有其自身的特点，但其控制装置体积大，动作速度较慢，耗电较大，功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线和控制盘就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。

PLC的应用领域非常广，并正在迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的PLC，几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不断增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、电力、建筑、交通运输等各行各业。一般来说，小型PLC主要用于单机自动化，而大、中型PLC则是自动生产线上不可缺少的控制部件。

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PLC主要有以下几种控制类型：逻辑控制、模拟控制、机械加工中心的数字控制、工业机器人控制、多层分布式控制系统等。 （2）PLC的特点

1、可靠性高，抗干扰能力强。

如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的平均无故障时间长达30万小时，这是一般微机所不能比拟的。

与继电器相比，采用PLC控制后，大量的开关动作由无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器见间的繁杂连线，既方便灵活，可靠性也大大提高了。

2、控制系统构成简单，通用性强

PLC是一种存储程序的控制器，其输入和输出设备可直接连接在PLC的I/O端。即其输入端可接无源触点开关，其输出可直接驱动接触器和电磁阀等执行元件。

当需要改变其控制系统的功能时，只需改变相应的软件程序，而不必改变PLC的硬件设备。

3、编程简单、使用、维护方便

目前，大多数的PLC均采用与实际电路接线图非常接近的梯形图编程，这种编程语言形象直观，易于掌握。而且PLC具有故障检测、自诊断等功能，能及时地查出自身的故障并报警显示，使操作人员能迅速地检查、判断、排除故障，具有较强的在线编程能力，维护十分方便。

4、组合方便、功能强、应用范围广

现代的PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、步进的功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数学运算和数据处理以及通信联网、生产过程控制等。

5、体积小、重量轻、功耗低

PLC的空载功耗约为1.2W，一台收录机大小的具有相当于三个1.8m高的继电器的功能。

（3）PLC的分类

PLC的产品很多，型号规格也不统一，通常可按以下三种情况分类： 1）按PLC的结构形成分类可分为大、中、小三个等级。 2）按PLC的I/O点数分类可分为整体式和模块式 a.小型PLC I/O点数在256点以下为小型PLC

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