焊接机器人技术发展分析
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。
焊接机器人基本操作及应用教学大纲 一、开设本课程的目的、意义、性质与任务 1、开设本课程的目的和意义： 由于近些年人们在焊接岗位的从业意愿下降，同时伴随着产业结构调整以及企业的设备升级换代，在我国，焊接机器人以每年以35%以上的增速不断扩展，在提高企业产能和产品质量方面发挥了重要作用。但是，具有焊接专业知识的机器人编程操作的应用人才却十分缺乏，制约了我国机器人应用技术更大程度的发展。此前，机器人操作培训工作属于销售公司售后服务范畴，参照操作说明书学习简单操作，难以满足企业对该岗位的人才需求。因此，在中职学校开设机器人技能学习课程，开发制作适合职业技术教育的焊接机器人网络教材资源库非常必要，能使更多的学生有机会学习焊接机器人操作知识，丰富和完善焊接机器人的教学资源，以适应焊接自动化技术应用领域日益日新月异的发展需要。 2、课程的性质： 本课程是中等职业（专业）学校焊接专业的一门专业技能课程。它的目标是使学生具备从事焊接专业的机器人焊接技能人员和中高级专门人才所必需的基本知识和基本技能；并为提高学生的全面素质、增强适应现代焊接技能岗位的能力打下良好的基础。 前导课程：焊接基础课程及焊接技能上岗证。后续课程：焊接机器人技能等级鉴定。 3、课程的任务： （1）通过学习本课程，主要要求掌握两种技能：机器人操作技能和机器人焊接技能。 （2）掌握焊接机器人课程应知、应会的理论和技能学习内容，经过综合考评，满足焊接机器人编程操作人员上岗要求。 （3）以焊接机器人操作和实际焊接为主要目的，针对焊接机器人这一领域中的应用主题，结合企业产品特点，理论与实践相结合、实训与生产相结合，突出技能训练的宗旨，使学习过程具有针对性和实用性，以适应企业的产业升级和岗位需求。 二、本课程与其它课程的比较 以焊接机器人操作和焊接为主要目的，针对焊接机器人这一领域中的应用主题，结合职业技能的学习特点，理论与实践相结合、突出技能训练的宗旨，使其更具针对性和实用性。 目前,可供职业技术院校使用机器人教材不多,而焊接机器人技能学习教材几乎是空白,相比于偏重机器人理论和基础知识的教材，该选题更适合作为职业技术教育的技能教材使用，符合中职学校技能型人才的培养方向,顺应当前机器人应用技术的发展需要.
工业机器人在汽车焊接中的应用焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，主要用于工业自动化领域，其广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械等行业，在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程都有广泛应用，其中应用最多的以弧焊、点焊为主。 典型的焊接机器人系统有如下几种形式：焊接机器人工作站、焊接机器人生产线、焊接专机。焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。柔性焊接线特别适合产品品种多，每批数量又很少的情况下采用。焊接专机适合批量大、改型慢的产品，对焊缝数量较少、较长，形状规矩的工件也较为适用，至于选用哪种自动化焊接生产形式，需根据企业的实际情况而定。 在汽车领域的典型应用 纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为：发展自动化柔性生产系统。而工业机器人，因集自动化生产和灵活性生产特点于一身，故轿车生产近年来大规模、迅速地使用了机器人。在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。特别是近几年，国内的汽车生产企业非常重视焊接的自动化。如一汽引进的捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上，各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式机器人共61台进行，机器人驱动由微机控制，数字和文字显示，磁带记录仪输入和输出程序。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工作条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。 类似的高水平的生产线，在上海、武汉等地都有引进。但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要，我们必须坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，发展应用机器人技术，发展轻便灵巧的智能设备，建立高效经济的焊接自动化系统，必须用计算机及信息技术改造传统产业，提高档次。 新松机器人深度服务汽车行业大市场 作为国内唯一的“机器人国家工程研究中心”，新松机器人自动化股份有限公司从事机器人及自动化前沿技术的研制、开发与应用。其系列机器人应用主要涵盖点焊、弧焊、搬运、装配、涂胶、喷涂、浇铸、注塑、水切割等各种自动化作业，广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械、冶金、电子装配、物流、烟草、五金交电、军事等行业。目前，机器人系列技术及应用、自动化成套技术装备、仓储物流自动化技术装备已形成新松公司三大主导产业领域，旨在为用户提供卓越的技术和服务。迄今已累计向市场推出了800多台机器人系统，是市场上极具竞争力的“机器人及自动化技术和服务”解决方案提供商，也是国内进行机器人研究开发与产业化应用的主导力量。 新松公司的机器人产业应用主要是承担各类汽车车身自动冲压线、白车身焊装线、汽车总装线、发动机装配线、工装夹具及输送系统的设计制造；焊装线钢结构、管网工程的设计制造；焊装线工艺设计、平面布置、机器人选型、机器人用自动焊钳设计与选型、非标机
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
第1章绪论 1.1课题研究的目的及意义 焊接是制造业中最重要的工艺技术之一。它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段，发展成为制造业中一项基础工艺，一种生产尺寸精确的产品的生产手段。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中。近20年来，在半自动焊、专机设备以及自动焊接技术方面已取得了许多研究和应用成果，表明焊接过程自动化已成为焊接技术新的生长点之一。从21世纪先进制造技术的发展要求看，焊接自动化生产已是必然趋势。焊接机器人的诞生是焊接自动化革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式，从而使中小批量的产品自动化焊接成为可[1]。 焊接机器人已经广泛应用于汽车、工程机械、摩托车等行业，极大地提高了焊接生产的自动化水平，使焊接生产效率和生产质量产生了质的飞跃。同时改善了工人的劳动环境[2]。但是，现在焊接领域中自动化程度最高的手臂式机器人在使用时有两个局限性：一个是它的活动范围较小，因为它像一个手臂，手臂长1.5~2米，也就是其活动半径，所以焊接的工件不能太长，最大范围也不能超过2米。二是它必须用编程或示教进行工作，对不规则的焊缝，特别是在焊接过程中焊缝发生形变时，则很难适应。然而，许多大型工件体积非常庞大，而且必须在工地和现场进行焊接。例如：石化工业中的大型储油罐、球罐，造船业中的各种轮船，对这类产品的焊接，就很难实现自动化，许多建设工作仍然采用人工焊接[3]。因此，给焊接机器人加装各种传感器，使它们具有焊接路径自主获取、焊缝跟踪以及焊接参数在线调整等能力，具有很高的实用价值。机器人焊接过程的自主化和智能化已经成为科研工作者的一个研究重点。移动焊接机器人由于其良好的移动性、强的磁吸附力以及较高的智能，成为解决大型焊接结构件自动化焊接的有效方法[4]。尽管自主移动机器人的实用化研究还不够完善，但移动机器人是解决无轨道，无导向，无范围限制焊接的良好方案。 1.2国内外研究现状 自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，越来越多的工业机器人投入生产使用中。这其中大约有半数是焊接机器人。焊接机器人是在工业机器人上装备焊接系统，如送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳，并配备相
焊接机器人的优点和特点 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. 随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人, 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点： 1）稳定和提高焊接质量，能将焊接质量以数值的形式反映出来； 2）提高劳动生产率； 3）改善工人劳动强度，可在有害环境下工作； 4）降低了对工人操作技术的要求； 5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。 因此，在各行各业已得到了广泛的应用。 特点： 点焊对焊接机器人的要求不是很高。因为点焊只需点位控制，至于焊钳在点与点之间的移动轨迹没有严格要求，这也是机器人最早只能用于点焊的原因。点焊用机器人不仅要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。点焊机器人需要有多大的负载能力，取决于所用的焊钳形式。对于用与变压器分离的焊钳，30～45kg负载的机器人就足够了。但是，这种焊钳一方面由于二次电缆线长，电能损耗大，也不利于机器人将焊钳伸入工件内部焊接；另一方面电缆线随机器人运动而不停摆动，电缆的损坏较快。因此，目前逐渐增多采用一体式焊钳。这种焊钳连同变压器质量在70kg左右。考虑到机器人要有足够的负载能力，能以较大的加速度将焊钳送到空间位置进行焊接，一般都选用100～150kg负载的重型机器人。为了适应连续点焊时焊钳短距离快速移位的要求。新的重型机器人增加了可在0.3s内完成50mm位移的功能。这对电机的性能，微机的运算速度和算法都提出更高的要求。 结构设计： 由于所设计的焊接机器人是在准平面、空间狭窄的环境下工作，为了保证机器人能根据
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
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
一、开设该课程的必要性 焊接机器人在我国以每年以35%以上的增速不断扩展，已经进入了高速发展期。但机器人编程操作方面的应用人才十分缺乏，制约了我国机器人应用技术更大程度的发展，特别是具有焊接专业知识的机器人编程人员更是少又少。此前，机器人操作培训工作属于售后服务范畴，均由企业自行承担，参照操作说明书学习，难以满足企业对高技能人才的需求。因此，在职业技术院校开设机器人技能学习课程非常必要，编制一套适合职业技术教育的焊接机器人教材，使更多的学生有机会学习焊接机器人操作技能，为企业输送高技能的焊接机器人编程人员，以适应机器人应用领域日益的发展需要。 二、课程的性质与任务 1、本课程是职业技术院校焊接专业的一门专业技能课程。它的目标是使学生具备从事相关专业的高素质劳动者和中高级专门人才所必需的基本知识和基本技能；并为提高学生的全面素质、增强适应职业变化的能力和继续学习的能力打下良好的基础。 2、教学目的：通过学习，要求掌握两种技能： A、机器人操作技能。 B、机器人焊接技能。 掌握焊接机器人应知、应会的理论和技能学习内容，为企业培养合格的焊接机器人编程操作人员。 3、教学难点：从理论到实际，要经过一个由眼到脑再到手的学习适应过程。另外，由于设备贵重，一般的教学点都存在机器人数量不足情况。此时应合理组织调配，保证每个学生的上机操作时间。机器人焊接工艺的掌握需要进行一定时间的焊接实践才能积累一些经验。 三、教材编写思路 1.以介绍机器人基础知识入手，由浅入深、层层展开。以机器人的基本原理、基本概念切入，消除学生对机器人的神秘感，再进入机器人操作的内容学习。 2.以图文结合的形式，将模拟图、系统图和现场照片相结合，方便学习和领悟。 3.针对焊接机器人操作及应用这一课题方向，选取在市场中占有率较大的松下机器人为范本，以机器人操作技能为主要学习目的，明确教学方向。 4.借鉴焊接机器人最新资料和具有代表性实际案例（附现场照片），使资料更加详实、具体，便于学习过程中开阔视野。举一反三，有助于其他品牌机器人学习， 5.融入基础知识比重，注重突出技能训练，方便学生进一步学习机器人技术。 6.拓展自动化焊接的领域和空间，适应焊接技术的不断发展。 四、编写原则 参照焊接机器人的国际标准，参考焊接机器人的最新资讯。根据我国的机器人应用领域发展需要，结合职业技术类学校的特点和培养方向编撰而成。 教材编排力求简明扼要、通俗易懂，围绕着从认识到熟练操作机器人，能够完成机器人的基本操作为目的，结合弧焊焊机器人操作和应用这两个主题，根据机器人技术的学习特点，配以操作界面图片，图文并茂，易于掌握。教材编写过程中，征询多位行业的权威人士对本教材的意见，几经审稿、数次修改，旨在推进机器人课程在职业技术教育领域的普及，填补专业空白，满足企业和社会发展需要。
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。
焊接机器人主要技术指标 选择和购买焊接机器人时，全面和确切地了解其性能指标十分重要。使用机器人时，掌握其主要技术指标更是正确使用的前提。各厂家在其机器人产品说明书上所列的技术指标往往比较简单，有些性能指标要根据实用的需要在谈判和考察中深入了解。 焊接机器人的主要技术指标可分为两大部分，机器人的通用指标和焊接机器人的专门指标。 (1) 机器人通用技术指标 1) 自由度数这是反映机器人灵活性的重要指标。一般来说，有3 个自由度数就可以达到机器人工作空间任何一点，但焊接不仅要达到空间某位置，而且要保证焊枪( 割具或焊钳) 的空间姿态。因此，对弧焊和切割机器人至少需要5 个自由度，点焊机器人需要6 个自由度。 2) 负载指机器人末端能承受的额定载荷，焊枪及其电缆、割具及气管、焊钳及电缆、冷却水管等都属负载。 因此，弧焊和切割机器人的负载能力为6?10kg，点焊机器人如使用一体式变压器和焊钳一体式焊钳，其负载能力应为60?90kg ，如用分离式焊钳，其负载能力应为40?50kg 。 3) 工作空间厂家所给出的工作空间是机器人未装任何末端操作器情况下的最大可达空间，用图形来表示。应特别注意的是，在装上焊枪( 或焊钳) 等后，又需要保证焊枪姿态。实际的可焊接空间，会比厂家给出的小一层，需要认真地用比例作图法或模型法核算一下，以判断是否满足实际需要。 4) 最大速度这在生产中是影响生产效率的重要指标。产品说明书给出的是在各轴联动情况下，机器人手腕末端所 能达到的最大线速度。由于焊接要求的速度较低，最大速度只影响焊枪( 或焊钳) 的到位、空行程和结束返回时间。 一般情况下，焊接机器人割机器人要视不同的切割方法而定。 5) 点到点重复精度这是机器人性能的最重要指标之一。对点焊机器人，从工艺要求出发，其精度应达到焊钳电极 直径的1／2 以下，即+ 1 ?2mm 。对弧焊机器人，则应小于焊丝直径的1／2 ，即0．2 ?0．4mm 。 6) 轨迹重复精度这项指标对弧焊机器人和切割机器人十分重要，但各机器人厂家都不给出这项指标，因为测量比 较复杂。但各机器人厂家内部都做这项测量，应坚持索要其精度数据，对弧焊和切割机器人，其轨迹重复精度应小于焊丝直径或割具切孔直径的1／2 ，一般需要达到+0．3 ?0.5mm 以下。 7) 用户内存容量指机器人控制器内主计算机存储器的容量大小。这反映了机器人能存储示教程序的长度，它关系 到能加工工件的复杂程度。即示教点的最大数量。一般用能存储机器人指令的系数和存储总字节(Byte) 数来表示，也 有用最多示教点数来表示。 8) 插补功能对弧焊、切割和点焊机器人，都应具有直线插补和圆弧插补功能。 9) 语言转换功能各厂机器人都有自己的专用语言，但其屏幕显示可由多种语言显示，例如ASEA 机器人可以选择英、德、法、意、西班牙、瑞士等国语言显示。这对方便本国工人操作十分有用。我国国产机器人可用中文显示。 10) 自诊断功能机器人应具有对主要元器件、主要功能模块进行自动检查、故障报警、故障部位显示等功能。这对保证机器人快速维修和进行保障非常重要。因此，自诊断功能是机器人的重要功能，也是评价机器人完善程度的主要指标之一。现在世界上名牌工业机器人都有30 ?50 个自诊断功能项，用指定代码和指示灯方式向使用者显示其诊断结果及报警。 11) 自保护及安全保障功能机器人有自保护及安全保障功能。主要有驱动系统过热自断电保护飞动作超限位自断电保护、弘超逮自断电保护等等，它起到防止机器人伤人活损伤周边设备，在机器人的工作部位装有各类触觉触或接近觉传感器，并能使机器人自动停止工作。 (2) 焊接机器人专用技术指标 1) 可以适用的焊接或切割方法这对弧焊机器人尤为重要。这实质上反映了机器人控制和驱动系统抗干扰的能力。现在一般弧焊机器人只采用熔化极气体保护焊方法，因为这些焊接方法不需采用高频引弧起焊，机器人控制和驱动系统没有特殊的抗干扰措施，能采用钨极氩弧焊的弧焊机器人是近几年的新产品，它有一套特殊的抗干扰措施。这一点在选用机器人时要加以注意。 2) 摆动功能这对弧焊机器人甚为重要，它关系到弧焊机器人的工艺性能。现在弧焊机器人的摆动功能差别很大， 有的机器人只有固定的几种摆动方式，有的机器人只能在x-y 平面内任意设定摆动方式和参数，最佳的选择是能在空 间(x-y ，z) 范围内任意设定摆动方式和参数。 3) 焊接户点示教功能这是一种在焊接示教时十分有用的功能，即在焊接示教时，先示教焊缝上某一点的位置，然后调整其焊枪或焊钳姿态，在调整姿态时，原示教点的位置完全不变。实际是机器人能自动补偿由于调整姿态所引起的户点位置的变化，确保户点坐标，以方便示教操作者。
北京深隆机器人柔性焊接工作站的技术方案 为了充分发挥焊接机器人的自动化优势，提高产品质量和效率，提高工艺装备水平，降低工人劳动强度，设计了一套机器人柔性焊接工作站。文中介绍了机器人柔性焊接工作站的技术方案以及关键部件变位机、智能搬运器、工件定位工装的设计。通过方案设计，解决了变位机定位精度要求高、控制系统与机器人的通讯、智能搬运器的取货动作、工件的快速定位卡紧等技术难题。 随着工业自动化的普及和发展，焊接变位机的应用也逐渐普及，主要是在汽车，电子，机械等领域的焊接,焊接变位机结合焊接机器人组成一个小型流水线可以更好地节约能源和提高生产效率。 北京深隆科技有限公司的主要产品及服务为机器人智能涂装线、工业机器人应用及成套装备、涂装自动化生产线集成三大系列，以解放低端劳动力、改善有害工作环境为导向，以工业机器人集成应用为基础，以行业应用的个性化方案定制为核心，业务领域包括3C产品、汽车零部件等表面处理、重工、军工、航空、新能源等行业。产品包括：工业机器人喷涂生产线，自动涂装生产线，全自动点涂胶机器人, 自动上下料机器人自动玻璃点涂胶机器人，自动锁镙丝机器人，自动上下料机器人、 CCD视觉定位锁镙丝机,工业机器人配件-机器人工装，夹具，气动夹具，气动工装，气动模具，装配夹具，装配卡具等。技术咨询：
1.技术方案 机器人柔性焊接工作站立足于一小型自动化流水线作业，能焊接长度在米以下的各种工件，集自动上料、半自动定位装卡、自动焊接、自动卸货于一体。从而降低工人劳动强度，提高生产效率。为了达到总体设计要求，制定了满足要求的技术方案，该设备主要由工件定位工装、智能搬运器、变位机、构件周转架、码垛架、送料机构、电气及气动系统等构成一小型流水线，见图1。 主要流程：1）上料机构把原材料输送到工位一；2）人工辅助装卡定位；3）变位机把装卡好的工件旋转到工位二；3）机器人焊接位置1；4）翻转轴翻转90度；5）机器人焊接位置2；6）翻转轴翻转180度；7）机器人焊接位置3，工件焊接完成；8）变位机把焊接完的工件旋转到工位一；9）智能搬运器到工位1取货搬运到码货架。这样一个流程结束，其中，工位一装卡区和工位二焊接区同时进行，大大提高了焊接效率。 2.变位机的设计 变位机是机器人柔性焊接工作站的核心部件，主要由钢结构、旋转轴、翻转轴、导轨、快速卡环等组成，如图2。 各部分的主要功能：（1）钢结构为支撑部件；（2）旋转轴使工位一和工位二的位置互换，达到焊接、卸货和装卡目的；（3）两个翻转轴为工位1或工位2的变位，使得机器人在最有利于焊缝成型的位置
摘要 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。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，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。 本次我所设计的机器人为五自由度弧焊机器人。本说明书对本次设计的主要考虑内容进行了叙述和讲解，包括机器人的总体设计以及传动系统的构成与设计，电动机的选择，圆锥齿轮的设计与校核，谐波减速器的原理以及选择，腕部转动轴的校核，齿形带规格的选择以及滚动轴承的选择与校核等。 由于设计经验不足以及理论知识的匮乏，本次设计肯定存在许多不足之处，望答辩老师谅解并不吝赐教。 关键词焊接机器人；齿形带传动；谐波减速器；五自由度
ABSTRCT According to incomplete statistics, nearly half of the world's industrial robots in service are used for welding. The most common application of welding robot are in two main ways, spot welding and arc welding. The welding robot we are talking about is actually industrial robots which are doing the work in the welding tasks instead of welding production welder. Some of this welding robot is specially designed for welding while most of them are actually a common industrial robot fitted with a welding tool. In multi-task environment, a robot can even complete many kinds of work including the grasp of welding, handling, installation, welding, unloading and other tasks,. Therefore, in a sense, the history of the development of industrial robots is the history of the development of welding robot. It is well known that the welding processing on one hand requires on skilled operational skills, rich practical experience and stable level of welding; on the other hand, welding is a work with poor working conditions, dust, and heat radiation and high-risk. The emergence of industrial robots first makes people naturally think of using it to replace the manual welding to reduce labor intensity. But also it ensures the welding quality and enhances the efficiency of welding. The robot I designed is a DOF arc welding robot. The design statement mainly include design of robot's drive system and the its composition, the choice of motor, design of bevel gear and verification, the principle of harmonic reducer and its choice, wrist Check the Department of rotational axis, the choice of rolling bearings and its checking and so on. KEY WORDS welding robot; profile belt transmission; harmonic reducer; 5-DOF
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。
焊接机器人生产制造项目 策划方案 规划设计/投资分析/产业运营
报告说明— 焊接自动化装备广泛采用数字化、图形化的人机操作界面，设备拥有 专家数据库、控制参数实时显示、人机交互等功能，使设备操作更加容易、更加方便。随着技术的不断完善，数字显示技术在人机交互、控制参数实 时监测中将得到普遍运用。 该焊接机器人项目计划总投资13488.83万元，其中：固定资产投资10266.58万元，占项目总投资的76.11%；流动资金3222.25万元，占项目 总投资的23.89%。 达产年营业收入21857.00万元，总成本费用17284.25万元，税金及 附加230.43万元，利润总额4572.75万元，利税总额5433.90万元，税后 净利润3429.56万元，达产年纳税总额2004.34万元；达产年投资利润率33.90%，投资利税率40.28%，投资回报率25.43%，全部投资回收期5.43年，提供就业职位307个。 这两年国内焊接机器人市场规模在持续扩大，市场增速在高速增长， 截至2018年销售额已经突破100亿元，年均复合增长达到15%以上。
第一章项目基本信息 一、项目概况 （一）项目名称及背景 焊接机器人生产制造项目 焊接机器人广泛用于汽车行业，以较低的复杂性焊接汽车内部和外部零件。焊接机器人具有特定的接近度，可以帮助它们正常运行。此外，焊接机器人配备了传感器和控制器，可以均匀地进行焊接。 近年来，随着经济的持续增长，产业结构的不断变化，人工成本开始成为制约工业制造业升级的重要因素，招工难、用工难、留工难等问题，日益困扰着企业的有效发展。在此背景下，当前工业焊接领域正在迎来生产模式的全面升级，以焊接机器人为代表的新型焊接模式，正在打破传统人工作业所带来的成本、环境、工作强度和专业要求等多重限制，凭借着各种新型科技的融合，推动着工业焊接走向智能化、精准化、高效化的发展之路。 （二）项目选址 xxx出口加工区
一、课程适用专业及层次 本课程是中、高职焊接专业的一门现代焊接岗位技能课程，适用于机电技术应用、机械制造加工技术、焊接技术等相关专业，属于自动化焊接课程的扩展，以焊接基础课程为前导课程。 二、课程教学目标 通过本课程的学习，使学生具备机器人焊接技能人员和中高级专门人才所必需的基本知识和基本技能，重点掌握机器人编程与焊接技能，并为提高学生的全面素质、增强适应现代焊接技能岗位的能力打下良好的基础。通过学习，要求掌握两种技能： 1．机器人编程技能； 2．机器人焊接技能。 掌握焊接机器人知识目标和技能目标的全部内容，为企业培养合格的焊接机器人编程操作人员。 （一）知识目标 1．机器人基础知识； 2．示教器的操作界面及按键功能； 3．焊接机器人的次序命令； 4．机器人示教编辑； 5．机器人焊接工艺； 6．错误和警报代码。 （二）技能目标 1．熟练掌握机器人示教编程操作技能； 2．掌握应用机器人完成薄板焊接任务的技能； 3．掌握机器人调试安装和校枪及设备日常维修保养的技能； 4. 了解机器人系统设定的方法。 （三）职业素养目标 1．结合企业产品特点，培养适应产业升级和焊接自动化岗位需求的实用型人才。 2．能适应现代企业岗位需求的在生产制造、工艺管理、自动化应用、质
量提升和技术服务等一线工作的高素质劳动者和机器人焊接岗位技能型人才。 （四）安全目标 1．树立焊接机器人安全意识； 2．严格按照机器人焊接操作规程实习实训。 三、课程主要内容及特点 本课程内容：绪论、焊接机器人、示教器、示教（Teach）模式、运行（Auto）模式、机器人设定、机器人弧焊工艺、企业应用案例、机器人设备日常检查与保养等八章组成。后面有附表：机器人命令、错误和警报代码、工业机器人国家标准。 本教材内容针对于各品牌的机器人操作界面各不相同，而原理相近的特点，以松下机器人为范例，通过大量图片和示教器截屏，对焊接机器人的操作、编程相关的方法与功能进行详细的讲解，练习眼、脑、手的协调配合，对机器人焊接工艺和日常保养以及机器人的软、硬件方面进行全面介绍。 四、课程学时安排 本课程总学时100学时。 五、课程在专业中的地位与作用 适用于中等职业技术教育焊接专业的机器人技能学习教材（也可作为高职和普通高等教育的实训教材），或作为企业的焊接机器人培训教材。对于其它品牌的焊接机器人和其它用途的机器人学习同样能起到触类旁通的效果。 六、课程教学内容及安排