焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

談成成

摘 要：工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展衍生出了一大批代替人類從事繁重危險(xiǎn)工作的工業(yè)化機(jī)器人，而其中的焊接機(jī)器人則主要是代替焊工在機(jī)械等工業(yè)中進(jìn)行工作的一種工業(yè)化機(jī)器人。本文主要針對焊接機(jī)器人現(xiàn)階段的應(yīng)用狀況及其發(fā)展趨勢作一些探討，以期對讀者有所裨益。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、焊接機(jī)器人概述

焊接技術(shù)是制造業(yè)中最重要的加工工藝技術(shù)之一，其廣泛應(yīng)用于軌道交通、石油化工、航天電子以及建筑等行業(yè)。而隨著技術(shù)的革新及對于人的保護(hù)，在許多高危行業(yè)及部位的焊接工作開始大規(guī)模地制造和使用焊接機(jī)器人來代替焊工的工作。焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的一種，其主要是在機(jī)器人的末軸安裝焊鉗或焊槍，使之具備焊接、切割等功能。

焊接機(jī)器人由機(jī)器人和焊接設(shè)備兩個(gè)部分構(gòu)成，通過人工遠(yuǎn)程操控機(jī)器人進(jìn)行焊接工作，可以實(shí)現(xiàn)在多種條件下的作業(yè)，免除了人工作業(yè)對于地形、溫度等方面的限制。然而焊接在機(jī)械制造工業(yè)中的地位舉足輕重，關(guān)系著整個(gè)設(shè)備的安全穩(wěn)定，所以對于焊接機(jī)器人就要求：一要具有高精度的控制系統(tǒng)，保證其焊接工作的準(zhǔn)確性；二要具有高度的靈活性，靈活性不是要求跟人一樣的靈活，是要保證其在工作中能夠自由調(diào)整焊鉗或焊槍的位置，除此之外，機(jī)器人的記憶系統(tǒng)還要儲存足夠的點(diǎn)位數(shù)據(jù)保證工作中的參數(shù)選擇。

焊接機(jī)器人應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)制造中具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是其能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，提高焊接質(zhì)量，只要前期規(guī)劃好焊接機(jī)器人工作的軌道以及工作的內(nèi)容，在持續(xù)供電的情況下其工作狀態(tài)相對于人工來說十分穩(wěn)定；二是在其穩(wěn)定工作狀態(tài)下必然可以保證其勞動(dòng)效率的提高，俗話說“像個(gè)機(jī)器人一樣工作”，焊接機(jī)器人一旦開始工作就不存在浪費(fèi)時(shí)間的情況，勞動(dòng)效率自然就會提高；三是可以改善工人的勞動(dòng)條件，其不存在對于“生存”所需的苛刻條件，可以在人所不能工作的環(huán)境條件下保持工作狀態(tài)。當(dāng)然，也必須要正視其存在的缺點(diǎn)：一是前期制造的技術(shù)條件等需要準(zhǔn)備充分，一旦出現(xiàn)異常條件焊接機(jī)器人很容易就“罷工”了，不利于保持生產(chǎn)狀態(tài)；二是焊機(jī)機(jī)器人的日常維護(hù)工作煩瑣，不僅有機(jī)械方面的維護(hù)，還要對其預(yù)設(shè)的操作系統(tǒng)等軟件設(shè)施做好維護(hù)，機(jī)械方面的故障比較容易解決，而系統(tǒng)上的bug則會破壞機(jī)器人穩(wěn)定工作的狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)宕機(jī)。

二、焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）工作站

工作站是指焊接工藝相對簡單，焊接的點(diǎn)位固定，只需要將焊接機(jī)器人固定在工作臺上，通過傳送設(shè)備將需要焊接的設(shè)備送至焊接位即可，一般這類傳送設(shè)備也多采用工業(yè)機(jī)器人來代替。當(dāng)然，對于一些需要簡單變位的焊接設(shè)備也可以通過移位機(jī)器人來對設(shè)備或者焊接機(jī)器人進(jìn)行一些移位活動(dòng)來保證焊接工藝的流暢銜接。而許多大型復(fù)雜的焊接技術(shù)則需要分類別流水線安裝焊接機(jī)器人來進(jìn)行配合工作以完成整個(gè)工作，也稱為生產(chǎn)線，這將在下一個(gè)部分討論。就焊接機(jī)器人工作站的工作性質(zhì)來說可以分為以下幾類：

（1）箱體焊接機(jī)器人工作站。這類工作站所使用的焊接機(jī)器人主要是針對箱柜行業(yè)中生產(chǎn)量大且對質(zhì)量尺寸要求較高的箱體焊接，例如保險(xiǎn)柜、保險(xiǎn)箱以及大型集裝箱等。

（2）不銹鋼氣室焊接機(jī)器人工作站。主要針對的是不銹鋼的焊接工藝，由于不銹鋼在焊接過程中受熱變形的情況較多，所以要有針對性地采用激光焊接技術(shù)，主要包括焊接機(jī)器人、激光發(fā)射器、水冷設(shè)備以及激光掃描跟蹤設(shè)備等，針對少部分需要變位的焊接點(diǎn)還需要使用移位機(jī)器人。

（3）軸類焊接機(jī)器人工作站。這是為生產(chǎn)低壓電器行業(yè)里所必須的萬能式斷路器的轉(zhuǎn)軸焊接而專門研發(fā)的焊接機(jī)器人，其主要設(shè)備包括：焊接機(jī)器人、焊槍、移位機(jī)器人以及控制系統(tǒng)等。其目前被廣泛應(yīng)用于電力電氣等需要高精度轉(zhuǎn)軸來帶動(dòng)工作的焊接，相對于人工焊接技術(shù)來講，具有高精確性和較高的生產(chǎn)效率。

（4） 工作站在水下焊接上的應(yīng)用。目前水下工程越來越發(fā)達(dá)，許多機(jī)械設(shè)備需要在水下現(xiàn)場焊接安裝，焊接機(jī)器人就可以利用所研發(fā)出的特殊材料在水下等人類焊工難以勝任的地方進(jìn)行工作。

（二）生產(chǎn)線

生產(chǎn)線就是指把不同焊接功能的機(jī)器人按照流水線作業(yè)的方式連接起來，保持上下道焊接工序之間的銜接，而每個(gè)點(diǎn)位的焊接機(jī)器人只承擔(dān)特定的焊接工藝，各司其職，通過傳送設(shè)備將所需要焊接的設(shè)備準(zhǔn)確送至下一道工序，直至完成整個(gè)焊接工作。通過這種生產(chǎn)線的方式來進(jìn)行的焊接可以極大地減少企業(yè)在人力資源上的投資，同時(shí)也可以保證其工作時(shí)間的長期穩(wěn)定而只需要投入一小部分精力來維護(hù)好生產(chǎn)線上的設(shè)備等。其具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在汽車制造中的應(yīng)用。目前，全世界的汽車制造已經(jīng)形成相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)線，承擔(dān)車身的鋼鐵框架結(jié)構(gòu)等需要焊接技術(shù)的工作崗位已經(jīng)全面被焊接機(jī)器人所代替。最為成功的就是日本豐田汽車公司，其最先使用點(diǎn)焊機(jī)器人來代替焊工的工作，極大地提高了焊接質(zhì)量，同時(shí)也提高了汽車制造的效率，使得成品的制造時(shí)間大為縮短，短時(shí)間內(nèi)迅速占領(lǐng)了國內(nèi)市場，此后美國、德國等汽車工業(yè)大國紛紛效仿。目前國內(nèi)生產(chǎn)的奇瑞、傳祺、哈弗等品牌的汽車也全面使用了焊接機(jī)器人技術(shù)，提高了國產(chǎn)汽車的質(zhì)量，也在近年來獲得了消費(fèi)者的一致好評。

三、焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢

（一）優(yōu)化焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)

目前，投入使用的焊機(jī)機(jī)器人的控制系統(tǒng)都是預(yù)先寫入的，通過電子計(jì)算機(jī)的終端控制來操縱這些機(jī)器人進(jìn)行焊接工藝。而這些特定寫入的操作控制系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程或者離線更改，一旦出現(xiàn)控制系統(tǒng)受到攻擊或者自帶bug的爆發(fā)就會導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)的癱瘓。所以，未來焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)會向著模塊化、智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及離線編程。

（二）焊接機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信功能

現(xiàn)在使用的焊接機(jī)器人大多是單機(jī)工作的，在網(wǎng)絡(luò)鏈接上的應(yīng)用技術(shù)研發(fā)相對甚少，沒有網(wǎng)絡(luò)控制功能，智能是機(jī)械單一地進(jìn)行重復(fù)工作。在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)日新月異的現(xiàn)代，焊接機(jī)器人在網(wǎng)絡(luò)化這塊的發(fā)展前景巨大，連入網(wǎng)絡(luò)對實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制也大有幫助。

（三）優(yōu)化焊接機(jī)器人的操作結(jié)構(gòu)

焊接機(jī)器人自研發(fā)之初就專一為焊接工藝而設(shè)，其結(jié)構(gòu)性能單一，在其他方面的應(yīng)用上稍顯不足。未來智能化的機(jī)器人將會全面取代功能單一的機(jī)器人，所以焊接機(jī)器人也不可避免地要在結(jié)構(gòu)功能上有所突破。

（四）焊接機(jī)器人的傳感技術(shù)

焊接機(jī)器人的工作中傳感器的作用巨大，通過傳感器可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工作位置、速度等方面的變化控制，同時(shí)對某些點(diǎn)位要求精確的焊接機(jī)器人還配備有激光傳感器及壓力傳感器等。而這些傳感器在應(yīng)對氣候等特殊條件下的誤差難以把握，未來焊接機(jī)器人的傳感技術(shù)會在視覺、觸覺、聲覺等偏向人類功能的方面有所企及。

（五）焊接機(jī)器人的人工智能化

人工智能是近年來科技研究的新方向且在某些領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的成效（例如最近火爆全球的AlphaGo），未來就應(yīng)用于人類工業(yè)生產(chǎn)的焊接機(jī)器人而言，也需要在人工智能方面下足功夫，通過智能化機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)類人化思考及學(xué)習(xí)，可以極大地提高工作效率。

結(jié)語

焊接機(jī)器人現(xiàn)階段在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用成效不錯(cuò)，尤其是在汽車、輪船等制造業(yè)上的應(yīng)用最為廣泛，未來其在人工智能化的發(fā)展是主要的研究方向，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)功能提高其工作效率對于人類工業(yè)的發(fā)展勢必又是一個(gè)新突破。

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