焊接機器人應用現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢

1、焊接機器人應用現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢1緒論焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人。根據(jù)國際標準化組織（ISO）工業(yè)機器人術語標準焊接機器人的定義，工業(yè)機器人是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機（Manipulator），具有三個或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動化領域。為了適應不同的用途，機器人最后一個軸的機械接口，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機器人就是在工業(yè)機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴涂。隨著電子技術、計算機技術、數(shù)控及機器人技術的發(fā)展，自動弧焊機器人工作站, 從60年代開始用于生產(chǎn)以來，其技術已日益成熟，主要有以下優(yōu)

2、點：1）穩(wěn)定和提高焊接質量；2）提高勞動生產(chǎn)率；3）改善工人勞動強度，可在有害環(huán)境下工作；4）降低了對工人操作技術的要求；5）縮短了產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資。因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應用。2. 焊接機器人的發(fā)展歷程自從1959年第一臺工業(yè)機器人UNIMATE在美國誕生以來到現(xiàn)在，工業(yè)機器人經(jīng)歷了三個階段，即示教再現(xiàn)階段、離線編程階段和自主編程階段。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界在役的工業(yè)機器人中大約有將近一半以上用于各種形式的焊接加工領域。因此，從某種意義上來說，工業(yè)機器人的發(fā)展歷史就是焊接機器人的發(fā)展歷史。隨著計算機控制技術的不斷進步，使焊接機器人由單一的單機示教再現(xiàn)型向多傳感

3、、智能化的柔性加工單元(系統(tǒng))方向發(fā)展，實現(xiàn)由第二代向第三代的過渡將成為焊接機器人追求的目標，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品的自動化、柔性化與智能化已成為發(fā)展的必然趨勢。3. 國內外焊接機器人應用現(xiàn)狀及存在的問題焊接機器人具有焊接質量穩(wěn)定、改善工人勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率等特點，自從第一臺工業(yè)機器人問世以來，焊接機器人就顯示出了極強的生命力。目前，比較著名的焊接機器人公司有日本的Motoman、FANUC、Yaskwa，德國的KUKA，瑞典的ABB，美國的Adept Technology，意大利的COMAU，這些公司已成為其所在地區(qū)的支柱性企業(yè)。盡管焊接機器人在生產(chǎn)中得到廣泛應用，使焊接質量得到了極大改善，有效

4、提高了企業(yè)的勞動生產(chǎn)效率，但在應用中仍然存在很多方面的問題值得我們去進一步研究和改善，其中最主要的有以下三大方面。 (1) 焊接機器人位置偏移后重新示教的問題 這個工作現(xiàn)在需要占用大量的生產(chǎn)時間，如果能夠利用先進的計算機動態(tài)仿真技術對其進行離線示教和仿真，將是焊接機器人應用的一次革命性的改善。 (2) 焊接機器人的校軸過程占用過多時間的問題 機器人在軸的校正過程中耗費比較長的時間，對于流水化的自動生產(chǎn)線來說，其停機所造成的經(jīng)濟損失非常巨大。 (3) 焊接機器人焊接過程的焊縫實時跟蹤問題 目前焊接機器人進行弧焊時，對焊縫進行動態(tài)跟蹤反饋仍然還沒有很好地應用于生產(chǎn)。目前，中國在焊接機器人的應用上仍

5、然是世界上相對比較落后的國家。在焊接機器人的應用上我們還存在著很多技術上的問題需要不斷地去研究和完善，焊接機器人的自動化和智能化是未來發(fā)展的必然趨勢。除此之外，我們還面臨著國產(chǎn)焊接機器人產(chǎn)業(yè)化的問題，發(fā)展自有民族品牌的焊接機器人是中國制造業(yè)進一步發(fā)展的必然需求。4. 焊接機器人智能化的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢焊接質量控制一直是焊接研究的熱點和難點，也是焊接界工作者致力研究的重要課題。在實際焊接中，常常存在變形、變散熱、變間隙、變錯邊等因數(shù)，影響焊縫成形的質量。從目前國內外研究現(xiàn)狀來看，焊接機器人智能化技術研究主要集中在焊接傳感技術、焊縫識別與導引技術、焊縫跟蹤技術、焊縫成形質量控制方法、多機器人協(xié)調

6、控制技術與遙控焊接技術等6個主要方面。 （1）焊接機器人傳感技術 傳感器在焊接機器人中具有重要作用，除了有傳統(tǒng)的位置、速度、加速度、力傳感器外，還有激光、視覺、電弧傳感器。利用傳感技術在焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等場合，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性。 （2）焊縫識別與導引技術 實施機器人焊接的首要技術之一是如何尋找并導引機器人焊槍接近焊接的初始點，焊縫的識別與導引是焊接機器人智能化的重要組成部分。（3）焊縫跟蹤技術 在實際焊接中，精確的焊縫跟蹤是保證焊接質量的關鍵技術，是實現(xiàn)焊接過程自動化的重要研究方向。隨著近代模糊數(shù)學和神經(jīng)網(wǎng)絡的出現(xiàn)并成功地應用

7、于焊縫跟蹤系統(tǒng)，焊縫跟蹤技術已經(jīng)進入到了智能跟蹤的時代。 (4) 焊縫成形質量控制方法 由于焊接過程是一個多參數(shù)相互耦合的時變的非線性系統(tǒng)，很難采用傳統(tǒng)的控制方法對焊接過程進行控制。（5） 多機器人協(xié)調控制技術 這是目前機器人研 究的一個新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理、感知與學習方法、建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。（6）遙控焊接技術 在一些諸如核輻射、深水、有毒等高危險環(huán)境中進行焊接或其他作業(yè)，需要有遙控的機器人代替人去工作。（7）其他相關技術 焊接機器人智能化技術覆蓋的領域范圍廣，它融合了多個學科的研究成果。（8）特種焊接機器人技術 目前，關節(jié)式焊接機

8、器人已在汽車制造、工程機械、航空航天、船舶等行業(yè)獲得廣泛應用，但對一些危險、惡劣及特殊環(huán)境下，例如航天空間、深海作業(yè)、管道內外焊接等，傳統(tǒng)的關節(jié)式焊接機器人難以勝任，為此需要研究發(fā)展新型的特種焊接機器人。 針對各個領域的應用特點，科學技術人員正在研制各種類型的特種焊接機器人，現(xiàn)在國外已開發(fā)出空間焊接機器人、深海焊接機器人、管道焊接機器人、球罐焊接機器人、軍用焊接機器人等，這些特種焊接機器人將更加符合各應用領域的特殊要求，其功能和智能程度也大大超出了一般的關節(jié)式焊接機器人的范圍，使焊接機器人技術呈現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展空間。在國外，生產(chǎn)特種焊接機器人的公司數(shù)量近幾年迅速增加，特種焊接 機器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)

9、形成，并對社會與生產(chǎn)力的發(fā)展發(fā)揮了重大的推動作用。 5. 我國焊接機器人發(fā)展中存在的問題及應對策略隨著我國由制造大國向制造強國邁進步伐的加快，焊接機器人的應用及發(fā)展前景空間巨大。目前，制約我國焊接機器人發(fā)展的除了以上技術上的問題，還在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面存在著諸多困難。 首先，我國基礎零部件制造能力差。在某些焊接機器人零部件的生產(chǎn)與國外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電動機和精密減速器方面的差距尤其明顯，仍然需要進口，影響了我國焊接機器人的價格競爭力。 第二，中國的焊接機器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機器人的開發(fā)，但是都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認知度，在焊接機器人

10、市場方面一直面臨國外焊接機器人品牌的打壓。 第三，焊接機器人產(chǎn)業(yè)化需要國家的持續(xù)支持政策。焊接機器人作為高新技術產(chǎn)品，應該比照新能源中的電動汽車，出臺相應的扶植政策。如今，已經(jīng)有一批機器人企業(yè)根據(jù)市場需求，自行研制或與科研院所合作，進行機器人產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。中國機器人產(chǎn)業(yè)化正處于關鍵的轉折點，如果政府的扶植力度再向前推進一步，中國的機器人產(chǎn)業(yè)將會越過目前的“臨界期”，跨上一個新的臺階，進入快速發(fā)展階段。 為此，針對我國焊接機器人研究發(fā)展所存在的問題提出如下建議： 首先，在焊接機器人產(chǎn)業(yè)化的認識和定位上，以市場需求為導，通過國家政策對焊接機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行專項立項；以企業(yè)為主體，推動產(chǎn)學研聯(lián)盟建設，

11、形成強大的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及應用隊伍，擺脫國外的壟斷，降低成本，提高國產(chǎn)焊接機器人的價格競爭力。 其次，在新一代智能化焊接機器人的技術研究方向上加大研發(fā)力度。例如，新一代智能控制技術，關鍵單元部件制造技術，離線編程和仿真技術，產(chǎn)業(yè)化制造技術，故障遠程診斷與修復技術，多智能體焊接機器人協(xié)調技術，復雜機電系統(tǒng)機構優(yōu)化設計技術，具有柔性、高度加速技術，大負載機器人機構動力學建模、辨識及控制技術、特種焊接技術等。6. 結語在“十五”期間，我國曾把包括焊接機器人在內的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化關鍵技術作為重點研究內容之一，其中包括焊接機器人(把弧焊與點焊機器人作為負載不同的一個系列機器人，可兼作弧焊、點焊、搬運、裝配、切割作業(yè))產(chǎn)品的標準化、通用化、模塊化、系列化設計；弧焊機器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發(fā)，激光發(fā)射器的選用，CCD成象系統(tǒng)，視覺圖象處理技術，視覺跟蹤與機器人協(xié)調