焊接机器人发展现状
我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。
当前我国的机器人生产都是应用户的要求，单户单次重新设计，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。
焊接机器人的编程方法目前还是以在线示教方式为主，但编程器的界面比过去有了不少改进，尤其是液晶图形显示屏的采用使新的焊接机器人的编程界面更趋友好、操作更容易。然而，机器人编程时焊缝轨迹上的关键点坐标位置仍必须通过示教方式获取，然后存入程序的运动指令中。这对于一些复杂形状的焊缝轨迹来说，必须花费大量的时间示教，从而降低了机器人的使用效率，也增加了编程人员的劳动强度。目前解决的方法有两种：一是示教编程时只是粗略获取几个焊缝轨迹上的几个关键点，然后通过焊接机器人的视觉传感器通常是电弧传感器或激光视觉传感器自动跟踪实际的焊缝轨迹。这种方式虽然仍离不开示教编程但在一定程度上可以减轻示教编程的强度，提高编程效率。由于电弧焊本身的特点，机器人的视觉传感器并不是对所有焊缝形式都适用。二是采取完全离线编程的办法，使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标位置的获取、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人本身的参与。机器人离线编程早在多年以前就有，只是由于当时受计算机性能的限制，离线编程软件以文本方式为主，编程员需要熟悉机器人的所有指令系统和语法，还要知道如何确定焊缝轨迹的空间位置坐标，因此，编程工作并不轻松省时。随着计算机性能的提高和计算机三维图形技术的发展，机器人离线编程系统多数可在三维图形环境下运行，编程界面友好、方便，获取焊缝轨迹的坐标位置通常可以采用“虚拟示教”的办法，用鼠标轻松点击三维虚拟环境中工件的焊接部位即可获得该点的空间坐标；在有些系统中，可通过图形文件中事先定义的焊缝位置直接生成焊缝轨迹，然后自动生成机器人程序并下载到机器人控制系统。从而大大提高了机器人的编程效率，也减轻了编程员的劳动强度。目前，国际市场上已有基于普通机的商用机器人离线编程软件，通过虚拟示教获得，并在三维图形环境中可让机器人按程序中的轨迹作模拟运动，以此检验其准确性和合理性。所编程序可通过网络直接下载给机器人控制器。
焊接机器人发展趋势
目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面：
1)．机器人操作机结构：
通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。
探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。
机构向着模块化、可重构方向发展。例如，关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
机器人的结构更加灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。
采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已开发出了此类产品。
2).机器人控制系统：
重点研究开放式，模块化控制系统。向基于PC机的开放型控
制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。
人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。
编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点，在某些领域的离线编程已实现实用化。
3).机器人传感技术：
机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。
遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。
4). 网络通信功能：
日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。
5). 机器人遥控和监控技术
在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它作业，需要有遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。多机器人和操作者之间的协调控制，可通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。
6). 虚拟机器人技术：
虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。
7).机器人性能价格比：
机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，可以满足任何场合的需求。
8)．多智能体调控技术：
这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。
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焊接机器人应用现状及发展趋势 据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。图4所示是这两种焊接机器人在工业机器人中所占的大致比例。我们所说的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。这些焊接机器人中有的是为某种焊接方式专门设计的，而大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以完成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊接、卸料等多种任务，机器人可以根据程序要求和任务性质，自动更换机器人手腕上的工具，完成相应的任务。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程中，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其它加工过程的检测那么容易，因此，焊接机器人的应用并不是一开始就用于电弧焊过程的。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且
摘要 随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良程度直接影响着零件或产品的质量。国焊接机器人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求相差甚远。因此，大力研究并推广焊接机器人技术势在必行。 本设计的重点是运用机械原理和机械制造装备设计方法设计焊接机器人的 实践和方法。本次设计，是在了解焊接机器人在国外现状的基础上，进而掌握焊接机器人部结构和工作原理，并对手臂和腕部进行结构设计。合理布置了液压缸。同时了解机器人机械系统运动学及运动控制学。为工业上焊接机器人的设计提供理论参考、设计参考和数据参考，为工业设计者提供设计理论和设计实践的参考。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。 关键字：焊接机器人液压系统机械机构设计
Abstract With the development of technology and the increase in industrial demand, welding in industrial production occupied more and more weight, and excellent welding technology directly affects the degree of the quality of parts or products.Although the domestic application of welding robot with a certain scale, but falls far short of the overall demand for welding.Therefore, great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative. The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machinery and equipment design and methods of practice welding robot.The design of the welding robot in understanding the basis of the status quo at home and abroad, and then grasp the welding robot and working principle of the internal structure, and structural design of the arm and wrist.Rational arrangement of the hydraulic cylinder.At the same time understand the robot mechanical system kinematics and motion control study.For the design of industrial welding robots to provide a theoretical reference, reference and data reference design for industrial designers and design practice, design theory reference.The robot has a good rigidity, high precision location, stable characteristics. Keyword:Welding robot；hydraulic system；mechanical structure design
焊接机器人的现状及发展趋势 2009-03-11 11:03:46| 分类：机器人系统集成相| 标签：|字号大中小订阅 焊接机器人的现状及发展趋势 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊 接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机 器人的出现使人们自然而然首先想到用它代 替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时 也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程中，被焊工件由于局 部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因 此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根 据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整 焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝 轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必 须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取
相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其它加工过程的检测那么容易，因此，焊接机器人的应用并不是一开始就用于电弧焊过程的。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且不需要焊缝轨迹跟踪，对机器人的精度和重复精度的控制要求比较低。图5所示为不同形式的机器人点焊钳。点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用大大提高了汽车装配焊接的生产率和焊接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一条生产线上对不同的车型进行装配焊接。
焊接机器人的应用 焊接机器人技术的发展 我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容，这样就把机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。与此同时于1986年将发展机器人列入国家"863"高科技计划。在国家"863"计划实施五周年之际，邓小平同志提出了"发展高科技，实现产业化"的目标。在国内市场发展的推动下，以及对机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家"八五"和"九五"中。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。 焊接机器人的应用状况 我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。一汽是我国最早引进焊接机器人的企业，1984年起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于1988年开发了机器人车身总焊线。80年代末和90年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自
Weld robot application present condition According to incompletely statistics, the whole world about has in the industrial robot of service nearly half of industrial robots is used for multiform weld to process realm, weld robot of application in mainly have two kinds of methods most widespreadly, then order Han and electricity Hu Han.What we say's welding robot is in fact welding to produce realm to replace a welder to be engaged in the industrial robot of welding the task.These weld to have plenty of to design for being a certain to weld a way exclusively in the robot of, but majority ofly weld robot in fact is an in general use industrial robot to pack up a certain weld tool but constitute.In many task environments, a set robot even can complete include weld at inside of grasp a thing, porterage, install, weld, unload to anticipate etc. various tasks, robot can request according to the procedure with task property and automatically replace the tool on the robot wrist, the completion corresponds of task.Therefore, come up to say from a certain meaning, the development history of industrial robot is the development history that welds robot. Know to all, weld to process to request that welder have to have well-trained operation technical ability, abundant fulfillment experience, stability of weld level;It is still a kind of labor condition bad, many smoke and dust, hot the radiation is big, risk Gao of work.The emergence of the industrial robot makes people naturally thought of first the handicraft that replace a person with it welds and eases the welder's labor strength, can also promise to weld quality and exaltation to weld an efficiency at the same time. However, weld again with other industry process process different, for example, electricity Hu Han process in, drive welder piece because of part heat melt with cool off creation transform, the Han sews of the track will therefore take place to change.Handicraft Han the experienced welder can sew position according to the actual Han observed by eyes adjustment Han in good time the position, carriage of the gun and run about of speed to adapt to the variety that the Han sews a track.However the robot want to adapt to this kind of variety, have to the position and status of gun that want to"see" this kind of to change, then adopt homologous measure to adjust Han like person first, follow while carrying out to sew actually to the Han.Because the electricity Hu welds to have in process strong arc light, give or get an electric shock Hu noise, smoke and dust and Rong drop transition unsteady and causable Han silk short circuit, big electric current strong magnetic field etc. complicated environment factor of existence, the robot wants to examine and identifies a withdrawing of the signal characteristic needed for sewing Han and don't seem to be industrial the other in the manufacturing to process the examination of process so easily, therefore, welding the
焊接机器人发展现状 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。 当前我国的机器人生产都是应用户的要求，单户单次重新设计，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。 焊接机器人的编程方法目前还是以在线示教方式为主，但编程器的界面比过去有了不少改进，尤其是液晶图形显示屏的采用使新的焊接机器人的编程界面更趋友好、操作更容易。然而，机器人编程时焊缝轨迹上的关键点坐标位置仍必须通过示教方式获取，然后存入程序的运动指令中。这对于一些复杂形状的焊缝轨迹来说，必须花费大量的时间示教，从而降低了机器人的使用效率，也增加了编程人员的劳动强度。目前解决的方法有两种：一是示教编程时只是粗略获取几个焊缝轨迹上的几个关键点，然后通过焊接机器人的视觉传感器通常是电弧传感器或激光视觉传感器自动跟踪实际的焊缝轨迹。这种方式虽然仍离不开示教编程但在一定程度上可以减轻示教编程的强度，提高编程效率。由于电弧焊本身的特点，机器人的视觉传感器并不是对所有焊缝形式都适用。二是采取完全离线编程的办法，使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标位置的获取、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人本身的参与。机器人离线编程早在多年以前就有，只是由于当时受计算机性能的限制，离线编程软件以文本方式为主，编程员需要熟悉机器人的所有指令系统和语法，还要知道如何确定焊缝轨迹的空间位置坐标，因此，编程工作并不轻松省时。随着计算机性能的提高和计算机三维图形技术的发展，机器人离线编程系统多数可在三维图形环境下运行，编程界面友好、方便，获取焊缝轨迹的坐标位置通常可以采用“虚拟示教”的办法，用鼠标轻松点击三维虚拟环境中工件的焊接部位即可获得该点的空间坐标；在有些系统中，可通过图形文件中事先定义的焊缝位置直接生成焊缝轨迹，然后自动生成机器人程序并下载到机器人控制系统。从而大大提高了机器人的编程效率，也减轻了编程员的劳动强度。目前，国际市场上已有基于普通机的商用机器人离线编程软件，通过虚拟示教获得，并在三维图形环境中可让机器人按程序中的轨迹作模拟运动，以此检验其准确性和合理性。所编程序可通过网络直接下载给机器人控制器。 焊接机器人发展趋势 目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面： 1)．机器人操作机结构： 通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。 探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。
焊接机器人研究现状 摘要介绍了焊接机器人应用意义和应用状况，分析了我国焊接机器人应用方面的不足，从焊缝跟踪技术、专用弧焊电源技术、系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法等方面阐述了焊接机器人的研究现状，探讨分析了焊接机器人的发展趋势，指出视觉控制技术、模糊控制技术、神经网络控制以及嵌入式控制技术将是焊接机器人智能化技术发展的主要方向，并展望了机器人应用和发展前景。 关键词焊接机器人、智能控制、传感技术 0 引言 焊接是一种利用加热或加压的方式将被焊金属或其他热塑性材料连接到一起的方式，已经有了几百年的历史。但是直到20世纪才出现了半自动焊接模式，如埋弧焊、电渣焊等，在这之前工人一直是奋战在施工的第一线。随着自动化技术的发展日新月异，完全自动化的机器人出现了，自1959年美国推出世界上第一台Unimate型机器人以来，工业机器人的数量在世界范围内不断增加，其中有半数以上为焊接机器人。自此，人类终于可以从恶劣的焊接环境中走出来，用机器人代替手工，实现高质量的焊接[1]。 1 焊接机器人应用的重要意义 (1)稳定和提高焊接质量，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度和干伸长量等对焊接结果有着决定作用。采用机器人焊接时，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量稳定。而人工焊接时，焊接速度、干伸长量等都是变化的，很难做到质量的均一性。 (2)改善了劳动条件。采用机器人焊接，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等。对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。 (3)提高劳动生产率。机器人可24h连续生产。随着高速高效焊接技术的应用，采用机器人焊接，效率提高得更为明显。 (4)产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。 (5)缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 2 国内外焊接机器人技术研究现状 从目前国内外对焊接机器人技术研究来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、多台焊接机器人及外围设备的协调控制技术、机器人专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术与机器人用焊接工艺方法5个方面[2-5]。 2.1焊缝跟踪技术的研究 在弧焊机器人施焊过程中，如果焊接条件基本稳定，或者弧焊机器人的工作条件比较适宜，那么机器人一般能够保证焊接质量。但是，由于焊接环境等各种因素的影响，实际的焊接条件经常发生变化。例如：由于强烈的弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等这些焊接中经常出现的情况，往往会使焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至失败。焊接条件的这种变化要求弧焊机器人能够实时检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。为了使得机器
随着配置不断升级，焊接机器人已经具备了接触传感、电弧跟踪等多种功能，机器人焊接逐步取代手工焊已成为制造业发展的必然趋势。 焊接作为工业“裁缝”，是汽车工业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣。随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。 焊接机器人应用的意义 （1）稳定和提高焊接质量焊接过程中焊缝焊接参数都是恒定的，同时减少焊枪抖动等不利因素，保证焊缝的均匀稳定性，提高焊接质量。 （2）提高生产效率焊接机器人可以24h不间断工作，同时随着机械制造技术及自动化技术的发展，机器人焊接效率的提高将更加明显。 （3）降低工人劳动强度?采用机器人焊接，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等。对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。 （4）降低工人操作技术要求焊接机器人的应用，降低了对工人焊接技术的要求，工人只需要对焊接参数进行调整，机器人便可按照指示要求进行工作。 （5）柔性化程度高缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；可实现小批量产品的焊接自动化；机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 点焊机器人 在我国，点焊机器人约占焊接机器人总数的46%，主要应用在汽车、农机、摩托车等行业。通常，装配一台轿车的白车身要焊接4000～6000个焊点，只有以机器人为核心组成柔性焊装生产线，才能完成大批量的生产纲领和适应未来新产品开发与多品种生产的发展要求，增强企业应变能力。图1为哈尔滨工业大学和奇瑞汽车有限股份公司联合开发的“QH－165点焊机器人”。 1.点焊机器人的基本组成 点焊机器人分为三部分，即机器人本体、控制系统及点焊焊接系统。 点焊机器人本体主要由机体、臂、手（手指）组成。通用点焊机器人具有六个自由度，即机体腰的回转、肩（臂和机体连接处）的仰俯、肘（各段臂连接处）的屈伸和腕（臂与手连接处）三个方向的转动。前三个自由度使手（手指）抓持的工具如焊钳达到一定位置，后三个自由度再由手腕运动使焊接工具以一定角度（姿势）对准焊件。 点焊机器人的控制系统由本体控制部分及焊接控制部分组成。本体控制部分主要实现示教再现、焊点位置及精度控制。位置控制有两种方式：一种为PTP控制，又称为点位控制或点到点控制，只注意原始点和目标点的位置，经由何种途径到达目标点并无要求；另一种为CP控制，即连续路径控制或轮廓控制。这时不仅要求目标点的位置，而且所经由的轨迹也要符合要求。 焊接控制部分除了控制电极电压、通电焊接、维持等各程序段的时间及程序转换以外，还通过改变主电路晶闸管的导通角而实现焊接电流的控制。焊接系统主要由焊接控制器、焊钳及水、电、气等辅助部分组成。 弧焊机器人 弧焊机器人的研究已经历了三个阶段：示教再现、离线编程和自主编程的智能机器人，当前的应用水平处于第二阶段。我国也从20世纪70年代初开始注重机器人技术的研究，但在机器人产业应用方面仍远远落后于工业发达国家。国内主要有两个机器人制造公司，即首钢莫托曼机器人有限公司和新松机器自动化股份有限公司，图2为首钢莫托曼弧焊机器人。
我国焊接机器人的应用状况 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 我国开发工业焊接机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业焊接机器人问世。而在国外，工业焊接机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业焊接机器人的开发列入了计划，对工业焊接机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容，这样就把焊接机器人技术和用户紧密结合起来，使中国焊接机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。 与此同时于1986年将发展焊接机器人列入国家“863”高科技计划。在国家“863”计划实施五周年之际，邓小平同志提出了“发展高科技，实现产业化”的目标。在国内市场发展的推动下，以及对焊接机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业焊接机器人及应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家“八五”和“九五”中。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业，1984起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于1988年开发了焊接机器人车身总焊线。 80年代末和90年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自动化程度与装备水平，让我们认识到了与国外的巨大差
焊接机器人技术发展分析 发表时间：2016-10-20T15:21:22.243Z 来源：《基层建设》2016年12期作者：程元刚[导读] 摘要：科学技术的发展推动了机器人在工业生产中的应用范围的扩大，现阶段机器人技术已经得到了良好的发展。焊接机器人的应用不仅大幅度的提高了焊接生产的效率，还提高了焊接制造的质量，是未来焊接生产的发展方向。本文首先对焊接机器人应用的重要意义进行分析，然后就现阶段焊接机器人技术的研究现状和未来的发展趋势进行探讨，以期为焊接机器人技术的发展提供参考。 佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司广东佛山摘要：科学技术的发展推动了机器人在工业生产中的应用范围的扩大，现阶段机器人技术已经得到了良好的发展。焊接机器人的应用不仅大幅度的提高了焊接生产的效率，还提高了焊接制造的质量，是未来焊接生产的发展方向。本文首先对焊接机器人应用的重要意义进行分析，然后就现阶段焊接机器人技术的研究现状和未来的发展趋势进行探讨，以期为焊接机器人技术的发展提供参考。关键词：焊接机器人；研究现状；发展趋势焊接作为工业生产中最为重要的阶段，其焊接质量和工艺水平对工业生产产品的质量起着决定性的作用，随着社会的发展工业生产对焊接质量的要求进一步提高，这也就促成了焊接机器人技术的产生和应用。焊接机器人的应用取代了人工劳动，有效避免了焊接过程中弧光、烟尘对焊接工人造成的影响，还进一步提高了焊接生产的效率和质量，已成为焊接生产未来的发展方向。自从美国1959年制造出世界上第一台机器人开始，到现在智能化机器人技术的应用，焊接机器人技术经历了三个阶段：第一各阶段的机器人为示教再现型机器人，这类机器人不能够向外界反馈信息，自身的可适应性较差；第二个阶段的机器人为离线编程机器人，这类机器人可以通过传感器对工作状态进行调整，适应性较强；第三个阶段的机器人为智能机器人，其不仅具有感知外界环境的能力还能够进行自行编程、决策，完成复杂任务、可适应性强的机器人。[1]焊接机器人的应用实现了焊接生产的自动化，其已逐渐成为衡量一个国家焊接自动化水平的主要标志。 一、焊接机器人应用重要意义 焊接机器人是随着工业生产水平而发展起来的，其在焊接生产中的应用具有重要的意义，主要体现在以下几方面：①提高了焊接生产的质量，焊接生产中焊接电压、电流、焊接速度等因素以及人工操作对焊接生产的质量起着决定性的作用，焊接机器人的应用有效的降低了认为因素对焊接质量造成的影响，且能够更好的控制焊接的电压、电流、速度，使其保持一致性，从而保证焊接的质量。②提高了生产效率，机器人焊接的速度较人工焊接更快，且其可以24h不停的持续性工作，大大提高了焊接生产的效率。[2]③改善了劳动条件，人工焊接需要面对恶劣的焊接环境，会对焊接工人的身体造成损害，但是焊接机器人的应用使工人只需完成工件的装卸，明显改善了工作的环境，且避免高强度体力劳动。此外焊接机器人的应用有效的缩短了工业产品的生产周期，促进工业产品不断的更新换代。 二、焊接机器人技术的研究现状焊接机器人技术发展至今，得到了不断的改进和完善，就目前来看，国内外对焊接机器人技术的研究主要集中在以下几方面：（一）焊缝跟踪技术 焊缝跟踪技术主要是研究焊接机器人能够根据实际焊接条件的变化对焊缝进行实时的跟踪检测，根据实际焊缝与设计之间的偏差对焊接路径和焊接参数进行调整，以保证焊接的质量。现阶段焊缝跟踪技术主要以传感器技术和控制理论为研究方向，其中传感技术主要以研究电弧传感器和光传感器这两类智能传感器为主，电弧传感器主要是从焊接电弧获取焊缝偏差的信息，光传感器则是依靠视觉传感器和计算机实现焊缝偏差的分析，可显著提高焊接机器人的适应能力。焊缝跟踪控制理论则是运用现代先进的控制理论支持焊缝跟踪技术，提高焊缝跟踪技术的可靠性，现在常用的理论主要有神经网络、模糊控制等理论。（二）离线编程与路径规划技术机器人离线编程系统主要是指利用编程语言通过计算机技术和图形学知识创造虚拟的机器人和工作环境，在不使用机器人进行工作的情况下对运动轨迹进行规划，以便产生更加完善的机器人程序。随着科学技术的进步，焊接机器人的全自动编程将是未来发展的趋势，虽然现阶段还暂时无法实现，但是对于这方面的研究不断增加。（三）多机器人协调控制技术 多机器人协调控制主要研究的内容是通过控制系统实现多个焊接机器人之间的协调工作，使其可以完成某一项任务。多机器人协调控制技术可以实现多个机器人之间的合作、协调，不仅可以使单个机器人完成相应的焊接操作，还可以其他机器人相联合完成一系列的焊接要求，这就需要建立一个合理的多智能控制系统。此外如何使机器人与外周设备进行有效的合作也是协调控制技术的研究方向。（四）专用弧焊电源 焊接机器人技术的研究除了控制技术、系统设计等机器人本体的研究还需要对机器人使用的弧焊电源进行充分的研究。近年来对弧焊电源的研究从常用的电源到基于单片机的晶体管式弧焊电源，再到带有专家系统的焊接电源（MIG/MAG），弧焊电源已经得到快速地更新。现阶段，弧焊电源主要朝着数字化方向发展，是焊接中焊机的工作信息以数字的形式显示出来，能够保证焊接参数的稳定，避免外界的干扰，而且更易调节，提高了焊接加工的质量。（五）仿真技术 仿真技术主要研究的是在焊接机器人设计的过程中通过采用机器人学理论、计算机图形技术、CAD技术等在计算机中形成几何图形，将机器人工作构件的运动、运动学分解、碰撞干涉等通过动画的形式显示、模拟，以更好的解决机器人设计中出现的技术问题。（六）机器人用焊接工艺方法 目前世界上应用较多的焊接技术主要是气体保护焊，主要包括富氩混合气体保护焊和融化极氩弧焊等两组类型，此外还有应用较为广泛的钨极氩气保护焊。部分科技比较先进的国家则采用热丝TIG焊、热丝等离子以及TIME焊等方法，这些工方法不仅能够保证优良的焊接接头，还大幅度提高了焊接的速度和熔敷效率。[3] 三、焊接机器人技术的发展趋势（一）虚拟现实 虚拟现实技术是一种将显示技术、传感技术和3D图形学技术结合在一起，实现对事件现实性从空间和时间进行分解和重组的技术，可以通多媒体技术、临场传感、虚拟现实等与机器人进行交互联系，做到对机器人的虚拟遥控。（二）多传感器信息智能融合技术
焊接机器人的控制原理及应用焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备，是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化传统方式，开拓了一种柔性自动化新方式。在大三上学期的认识实习过程中，已经在长力机械厂有所接触。焊接机器人采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。机器人焊接作为现代制造技术发展的重要标志己被国内许多工厂所接受，并且越来越多的企业首选焊接机器人作为技术改造的方案。 一、我国焊接机器人技术的发展历史 焊接机器人技术的发展我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容，这样就把机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。 与此同时于1986年将发展机器人列入国家"863"高科技计划。在国家"863"计划实施五周年之际，邓小平同志提出了"发展高科技，实现产业化"的目标。在国内市场发展的推动下，以及对机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家"八五"和"九五"中。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。 二、焊接机器人的组成 常规的弧焊机器人系统由以下5部分组成。 1、机器人本体，一般是伺服电机驱动的 6 轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证机械手末端（悍枪）所要求的位置、姿态和运动轨迹。 2、机器人控制柜，它是机器人系统的神经中枢，包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。 3、焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等。 4、焊接传感器及系统安全保护设施。 5、焊接工装夹具。 三、焊接机器人工作站的工作原理 焊接机器人工作站正常运行的中枢是其控制柜中的计算机系统。焊接机器人工作站通过计算机系统对焊接环境、焊缝跟踪及焊接动态过程进行智能传感，根据传感信息对各种复杂的空间曲线焊缝进行实时跟踪控制，从而控制焊枪能够实现规划轨迹运行，并对焊接动态过程进行实时智能控制。由于焊接工艺、焊接环境的复杂性和多样性，焊接机器人工作站在实施焊接前，应配备其焊接
近年来，随着人力成本的增长和制造业的发展，机器人产业发展异常迅猛，我国机器人产业也从以前的从无到有，到现在的技术革新，成为全球机器人行业的主力“战场”。有数据显示2005-2012年，全球工业机器人年均销售增长率为9%，而同期中国工业机器人的年均销售增长率高达25%；2014年，中国将成为全球最大的机器人市场，市场规模将达到1140亿元。 另有数据表明，目前全世界用于完成各种焊接作业的焊接机器人占全部机器人的45%以上，这也就意味着2014年我国焊接机器人市场规模将达到500亿元。 焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高升产效率，更主要原因是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。因此，汽车制造业是焊接机器人应用的主要行业。 从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面：机器人操作机结构、机器人控制系统、机器人传感技术、机器人遥控和监控技术、虚拟机器人技术、机器人性能价格比和多智能体调控技术。 由于我国机器人技术发展的时间较短，无论是一般制造业还是汽车制造业，其机器人的使用密度都非常低，所拥有的机器人数量同工业发达国家的平均水平相比都还具有相当大的发展空间。我国企业为增强制造业的竞争能力，提高装备水平和自动化水平，使用机器人进行焊接作业是促进企业科技进步、改善企业形象、提高产品质量，实现用高新技术改造传统产业的重要手段。因此，我国焊接机器人市场前景广阔、发展潜力巨大。
目前，德国库卡、日本发那科、瑞士ABB、安川四大机器人企业都已全面进入中国市场，意大利、美国、韩国的机器人及配套企业也已经布局中国市场。可以说，中国市场已经成为全球机器人及智能装备企业竞逐的最热门市场，分享中国大餐，已经成为全球共识。 相比国外生产商，中国的焊接机器人及智能装备产业与国际的同行还有不小的差距，主要体现在以下方面：第一，高素质的专业技术人才严重短缺，自主创新能力严重不足，尤其是原始创新薄弱；第二，智能化水平较低，机器人虽然能够替代人担负繁重的体力劳动。但是，机器人也需要智慧，开始向智能机器人转化，真正实现“人机一体”化目标，需要在系统性、协调性和弱性制造技术方面下工夫。目前，我们在机器人的自动化、智能化软硬件方面还有不小差距，在传感器及元器件、谐波减速器、伺服电机、信息处理技术等核心零部件方面，还依赖进口。 然而，经过这些年的发展，中国机器人也出现了不少自主品牌，一批批自主产品不断问世，不仅填补了我国在机器人研发上的空白，更打破了进口产品一家独大的不利局面。其中，沈阳新松、广州数控、长沙长泰、安徽埃夫特、昆山华恒、北京机械自动化所等为数不多的10来家具备一定规模和水平的企业。凭借着国产机器人发展驶入“快车道”，未来，我国机器人企业有望在焊接机器人市场中占有一定地位
现代焊接２００９年第５期总第７７期Ｊ－１ 焊接作为工业上的“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响作用。然而，由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣。随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，当前对机器人技术的研究十分活跃。工业机器人先后经历从第一代示教再现机器人、第二代离线编程机器人，到现在的第三代智能机器人三个过程。从目前国内外的研究现状来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专 １焊接机器人技术的研究现状 用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等七个方面。焊接机器人施焊过程中，由于焊接环境各种因素的影响，如强弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等，实际焊接条件的变化往往会导致焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至失败。焊缝跟踪技术的研究就是根据焊接条件的变化，要求弧焊机器人能够实时检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。焊缝跟踪技术的研究以传感器技术与控制理论方法为主，其中传感器技术的研究又以电弧传感器和光学传感器为主。电弧传感器是从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号，实时性好，焊枪运动灵活，符合焊接过程低成本自动化的要求，适用于熔化极焊接场合。电弧传感的基本原理是利用焊炬与工件距离的变化而引起的焊接参数变化，来探测焊炬高度和左右偏差。电弧传 １．１ 焊缝跟踪技术的研究 焊接机器人的研究现状与发展方向 作者简介：宋金虎（１９６７－），男，山东潍坊人，山东交通职业学院副教授、高级工程师。 山东交通职业学院 宋金虎 ［摘要］［关键词］本文综述了国内外焊接机器人技术的研究现状，并展望了焊接机器人技术的发展趋势。焊接机器人；研究现状；发展趋势焊接行业热点话题、重点方向的专题阐述与分析 专题综述感器一般分为三类：并列双丝电弧传感器、摆动电弧传感器、旋转式扫描电弧传感器，其中旋转电弧传感器比前两者的偏差检测灵敏度高，控制性能较好。光学传感器的种类很多，主要包括红外、光电、激光、视觉、光谱和光纤式，光学传感器的研究又以视觉传感器为主，视觉传感器所获得的信息量大，结合计算机视觉和图像处理的最新技术，大大增强弧焊机器人的外部适应能力。激光跟踪传感器具有优越的性能，成为最有前途、发展最快的焊接传感器。另一方面，由于近代模糊数学和神经网络的出现以及应用到焊接这个复杂的非线性系统中，使得焊缝跟踪进入了智能焊缝跟踪的新时代。 机器人离线编程系统是机器人编程语言的拓广，它利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的模型，利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行轨迹规划，进而产生机器人程序。自动编程技术的核心 １．２离线编程与路径规划技术的研究 Present situation and development direction of welding robots MODERN WELDING TECHNOLOGY TOPIC SUMMARY