弧焊機器人在汽車制造業中發揮著越來越重要的作用，而其本體又是其重要的組成部分，對機器人的性能有著極其重要的影響。 　　弧焊機器人是一種仿人操作、自動控制、可重復編程的機電一體化自動化生產設備，在汽車制造業高質高效的焊接生產中發揮了極其重要的作用?；『笝C器人本體是影響弧焊機器人性能的關鍵部分之一，隨著弧焊機器人在汽車制造業的廣泛應用，掌握弧焊機器人的機械結構和工作原理，可為以后的應用研發和二次開發做好鋪墊。 　　現場應用 　　奇瑞公司車型種類多、品種復雜，在以往手工生產線上，如果需要混線生產同一型號不同種類的車型，人工焊接速度因工件、工具的差別而大大降低，生產的汽車產品質量也隨之呈現出不穩定性。因此，奇瑞公司采用弧焊機器人代替人工操作，穩定和提高了焊接質量，改善了工人的勞動條件，提高勞動生產率，明確了產品周期。 　　下面以底盤弧焊機器人系統為例，來介紹機器人的應用。 　　該系統由弧焊焊機器人、回轉夾具及PLC 集中控制系統等組成。 　　弧焊機器人負責焊接工作，由配套的控制系統進行焊接控制；回轉夾具作為機器人的外圍設備，通過工位變換（工作臺的工位為0°、180° 、360°）傳遞加工工件，采用人工上下料；PLC作為上位機協調控制回轉夾具并與機器人控制系統進行實時信息互換，控制整個弧焊系統的正常工作。 　　采用弧焊機器人后，只需預先編制好適應不同車型生產所需的若干套不同的運動與焊接程序，機器人將根據工作指令，自動調用相應的工作程序與不同車體焊接所需的工具，即能自動適應車型的復雜變化。弧焊機器人的廣泛應用，為奇瑞公司的汽車制造實現柔性自動化生產帶來了前所未有的生機。 　　目前，很多汽車制造企業都采用了弧焊機器人進行自動化生產，但是，弧焊機器人的采購費用很高，并且一些現場應用效果不是很好。在弧焊機器人施焊的過程中，如果焊接條件基本穩定，則機器人能夠保證焊接質量。但是，由于各種因素的影響，實際的焊接條件經常發生變化。 　　由于強烈的弧光輻射、高溫、煙塵、飛濺、坡口狀況、加工誤差、夾具裝夾精度、表面狀態和工件熱變形等影響會使焊槍偏離焊縫，從而造成焊接質量下降甚至失敗。 　　在工藝設計中，對設備選型沒有深入研究，以為機器人是“萬能”的。選擇的焊件、焊縫分布復雜，機器人難以適應。一個焊件，幾十道甚至百道焊道，即使機器人具有起始點尋找和跟蹤功能，由于待焊焊道的偏差，機器人在完成焊接20％～30％，多者40％～50％焊接以后，夾持的焊槍就可能偏離焊道了。 　　本體分析 　　企業的競爭一方面要裝備機器人，提高產品質量；另一方面要減少設備投資，降低產品成本。另外，從技術方面考慮，購置機器人不能脫離應用現場，一旦達不到現場應用要求，就會導致機器人應用失敗。因此只有加強人才培養，進一步了解機器人本身，才可以正確選型，合理應用。 MOTOMAN弧焊機器人是極具代表性的一款機器人，其中MOTOMAN-YR-K6型弧焊機器人末端負載為15kg，具有6個自由度，其機械本體主要由機座（1軸）、手臂（2、3軸）、手腕（4、5、6軸）組成，由驅動系統通過傳動機構帶動，實現機器人末端執行器在空間中所要求的位置和姿態。 　　1.機座和手臂 　　機器人的手臂由動力關節和連接桿件構成，用以支撐和調整手腕和末端執行器的位置。手臂部件一般具有2～3個自由度，包括驅動裝置、傳動機構、支撐連接件等。機器人手臂安裝在機座上，由機座實現手臂的整體回轉或升降。 MOTOMAN-YR-K6型機器人機座部分根據整個機器人本體所受全部重量和工作載荷，采用了回轉機座的結構，實現了機器人本體的整體回轉，作為一種特殊的手臂，采用高強度材料，保證了足夠的剛度、強度和承載能力。 而手臂部分根據其自由度數、運動形式、承受的載荷和運動精度要求，將小臂驅動電機和減速機安裝在大臂上，通過平行四連桿機構將運動和動力傳遞到小臂上。這種設計的優點是將小臂驅動安裝在大臂下端，減輕了小臂重量，也就減輕了大臂負載重量，機器人的運動靈活性同時也得到提高，但是這種結構限制了機器人的工作范圍。目前，主流的機器人本體已經采用開鏈結構，從而大大提高了機器人在空間運動的靈活性。該機器人機座、手臂部分通過加裝緩沖和限位裝置提高了定位精度，通過可靠的連接，保證了運動精確性和運動剛度，減少了機座與手臂間的運動誤差（如圖1）。 [align=center] 圖1 弧焊機器人 1—回轉機座；2、3—交流伺服電機；4—大臂；5—連桿；6—小臂[/align] 工作原理：一般交流伺服電機都串接減速器，制動器及編碼器，以增大扭矩、提高位姿精度及控制性能。圖1中，回轉機座1內的伺服電機驅動整個機座進行回轉運動，使各手臂隨機座回轉，伺服電機3驅動大臂4進行前后擺動，伺服電機2直接驅動連桿5，根據四桿原理間接驅動小臂6進行俯仰運動。 2.手腕 機器人的手腕是連接手臂和末端執行器的部件，其主要功能是當手臂和機座實現了末端執行器在作業空間的三個位置坐標后，再由手腕來實現末端執行器在作業空間的三個姿態坐標，即實現三個旋轉自由度。通過機械接口，聯接并支撐末端執行器。 MOTOMAN-YR-K6型機器人手腕回轉軸部分根據整個手腕所受載荷和結構的特點，采用了空心薄壁矩形框體的結構，提高了抗彎剛度和抗扭剛度，減輕了自身的重量。而擺動軸部分根據手腕處的負載和動作靈活性，采用分離傳動，將伺服電機安置在手腕回轉軸空心結構的內部，減少了自身的重量和體積。整個手腕部分選用高強度、輕質合金材料，提高了傳動剛度，減小了轉動慣量。由于整個手腕部分結構緊湊，減少了因間隙引起的運動誤差，提高了手腕動作的精確性（如圖2）。 [align=center] 圖2 具有三個旋轉自由度（4，5，6軸）的手腕結構 1、3、4—伺服電機；2、5—傳動帶；6、7—諧波減速器；8—手腕殼體； 9、13—回轉軸；10—帶輪；11—擺動軸；12—圓錐齒輪[/align] 工作原理：伺服電機1通過裝在手腕殼體8上的減速器2，帶動回轉軸9進行回轉運動（4軸運動）；伺服電機3、4實現手腕回轉，伺服電機4通過帶輪，傳動帶5及減速器6，帶動擺動軸11進行往復擺動，實現手腕擺動（5軸運動）；伺服電機3通過帶輪10，傳動帶，圓錐齒輪12，減速器7，帶動回轉13進行回轉運動，實現手腕扭轉（6軸運動）。 通過對MOTOMAN-YR-K6型機器人本體的分析，了解到其在本體設計及選型應用時遵循以下幾個原則： （1）最小運動慣量原則：由于機器人本體運動部件較多，運動狀態經常改變，必然產生沖擊和振動。采用最小運動慣量原則，盡量減小運動部件的質量，可增加本體運動平穩性，提高本體動力學特性。 （2）尺寸優化原則：當設計要求滿足一定工作空間要求時，通過尺寸優化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于本體剛度的提高，使運動慣量進一步降低。 （3）高強度材料選用原則：由于機器人本體從手腕、小臂、大臂到機座是依次作為負載起作用的，選用高強度材料以減輕零部件的質量，減少運轉的動載荷與沖擊，減小驅動裝置的負載，提高運動部件的響應速度是十分必要的。 （4）剛度設計的原則：要使剛度最大，必須恰當地選擇桿件截面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。 （5）可靠性原則：機器人本體因機構復雜、環節較多，可靠性問題顯得尤為重要。一般來說，元器件的可靠性應高于部件的可靠性，而部件的可靠性應高于整機的可靠性。 （6）工藝性原則：機器人本體是一種高精度、高集成度的自動機械系統，良好的加工和裝配工藝性是設計時要體現的重要原則之一。 弧焊機器人在國內和國外的應用場合較多，在奇瑞汽車有限公司也應用廣泛，像車身焊裝，底盤焊裝等均用到弧焊機器人。通過對MOTOMAN-YR-K6型機器人本體的分析，深入了解機器人的機械結構和工作原理，為以后的應用研發和二次開發做好鋪墊，并為掌握機器人技術提供幫助。