焊接機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

摘 要：綜述了焊接機(jī)器人技術(shù)及其發(fā)展進(jìn)程，介紹了焊接機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀，論述了焊接機(jī)器人在高職高專焊接專業(yè)焊接中實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用，以求加快推進(jìn)高職高專焊接技術(shù)及自動化專業(yè)焊接機(jī)器人實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的建設(shè)，提高焊接技術(shù)及自動化專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，從而提升高職高專院校辦學(xué)水平與實(shí)力。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人技術(shù)；焊接機(jī)器人實(shí)訓(xùn)；高職高專

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.027

1 焊接機(jī)器人發(fā)展歷程

1959年，世界上第一臺焊接機(jī)器人在美國誕生。機(jī)器人技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即示教再現(xiàn)型的第一代機(jī)器人，具有感知能力的第二代機(jī)器人，智能型的第三代機(jī)器人，焊接機(jī)器人就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域能夠替代焊接工人從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人。近段時(shí)間來，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，焊接機(jī)器人也取得了長足的發(fā)展，主要向著更加智能化的柔性加工單元方向發(fā)展[1]。

2 焊接機(jī)器人技術(shù)

2.1 焊接機(jī)器人

焊接機(jī)器人是由一個(gè)具有多個(gè)自由度可自由編程的軸構(gòu)成的工業(yè)機(jī)器人。工作時(shí)，能將焊接工具按照要求的運(yùn)動軌跡及速度進(jìn)行移動，是一種能夠自動控制并模仿人的動作且可以重復(fù)編程，能在三維空間完成規(guī)定的各種焊接作業(yè)的自動化生產(chǎn)設(shè)備。目前，焊接機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，它能在惡劣的環(huán)境下連續(xù)工作并能保證焊接質(zhì)量，大大的提高了焊接生產(chǎn)效率，改善工作環(huán)境，減輕焊接技術(shù)工人的勞動強(qiáng)度[2]。

焊接機(jī)器人廣泛于汽車、航空航天、船舶、機(jī)械制造、電工電子、食品加工及其它相關(guān)制造領(lǐng)域中，并成為先進(jìn)制造技術(shù)中必不可少的重要裝備[3]。焊接機(jī)器人按焊接工藝可分為弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人兩類，從結(jié)構(gòu)上看，絕大多數(shù)焊接機(jī)器人是在六軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械手上安裝不同的焊接工裝設(shè)備來實(shí)現(xiàn)自動化焊接生產(chǎn)的[2]。

2.2 焊接機(jī)器人工作原理

目前應(yīng)用最廣泛的焊接機(jī)器人屬于第一代機(jī)器人，即“示教-再現(xiàn)”型機(jī)器人。機(jī)器人學(xué)習(xí)的過程稱為“示教”，在這個(gè)過程中，操作者需要手把手的教機(jī)器人做各種規(guī)定的動作，而機(jī)器人的自動控制系統(tǒng)會以程序的將動作記下來。“再現(xiàn)”過程就是機(jī)器人按照示教時(shí)記錄下來的程序重現(xiàn)這些動作[2]。

3 焊接機(jī)器人的最新應(yīng)用技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)融合在一起構(gòu)成了焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)，這幾項(xiàng)技術(shù)的融合程度決定了焊接機(jī)器人在在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用程度及其特性的發(fā)揮程度。目前，焊接機(jī)器人技術(shù)研究主要集中在焊縫軌跡的跟蹤技術(shù)、多個(gè)機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)、專用弧焊電源技術(shù)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)、機(jī)器人用焊接工藝方法、遙控焊接技術(shù)、離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)等[1]。另外，最新的焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)包括伺服焊鉗技術(shù)、雙絲焊接技術(shù)、激光/電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)和電源融合技術(shù)等。

3.1 伺服焊鉗技術(shù)

點(diǎn)焊機(jī)器人焊鉗按電極臂加壓驅(qū)動方式可分為氣動驅(qū)動和伺服驅(qū)動兩類。伺服驅(qū)動采用伺服電動機(jī)作為動力源，完成焊鉗的張開與閉合，張開度可根據(jù)實(shí)際焊接需要任意選定并預(yù)置，電極間的壓緊力也可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。伺服驅(qū)動可提高焊接工件表面的質(zhì)量及生產(chǎn)率，也可改善工作環(huán)境?？傊c(diǎn)焊機(jī)器人伺服焊鉗是焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢[2]。

3.2 雙絲焊接技術(shù)

焊接薄板時(shí)采用雙絲焊接技術(shù)可顯著提高焊接速度，焊接厚板時(shí)可提高熔敷效率。采用雙絲焊接技術(shù)，在熔敷效率增加時(shí)，可保持較低的熱輸入，且熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接氣孔率低[2]。

3.3 激光/電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)和氣體保護(hù)焊接技術(shù)兩種焊接熱源同時(shí)作用于一個(gè)焊接熔池的技術(shù)成為激光/電弧復(fù)合熱源技術(shù)。這種焊接技術(shù)對工件的裝配間隙要求低，消除了激光焊接存在的固有缺陷，使焊縫更加致密，同時(shí)還能提高電弧的穩(wěn)定性和功率密度，提高焊接速度和焊縫熔深，具有熱影響區(qū)小，變形低，消除起弧時(shí)的不良缺陷等優(yōu)點(diǎn)[2]。

3.4 電源融合技術(shù)

電源融合技術(shù)是將焊接機(jī)器人的焊接設(shè)備的電源和機(jī)器人的電源相融合，改善傳統(tǒng)焊接機(jī)器人焊接焊接設(shè)備與機(jī)器人之間數(shù)據(jù)交換量有限的缺點(diǎn)。目前，日本松下的TAWERS焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人與高性能焊接電源的完美結(jié)合，采用全軟件高速波形控制技術(shù)，可控制焊接熱輸入，實(shí)現(xiàn)焊接飛濺極小化，非常適合于高速焊接[2]。

4 焊接機(jī)器人在高職高專焊接機(jī)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

高職高專院校教育對接市場產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將成為高職高專院校機(jī)電類、自動控制類專業(yè)的新型發(fā)展方向。焊接機(jī)器人實(shí)訓(xùn)更是成為焊接技術(shù)及其自動化專業(yè)必備的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。通過ABB焊接機(jī)器人工作站，可實(shí)現(xiàn)對焊接機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)造和基本操作的教學(xué)，讓學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何搭建焊接機(jī)器人系統(tǒng)和相關(guān)焊接機(jī)器人的維護(hù)與故障排查技能、焊接軌跡在線示教編程、焊接軌跡在線語言編程、焊接軌跡離線編程等，并可配合變位機(jī)工作臺實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間焊接軌跡的應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)基本教學(xué)的基礎(chǔ)上完成更加綜合的教學(xué)內(nèi)容[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃政艷.焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)展望[J].裝備制造技術(shù)，2007（03）：46-48.

[2]蘭虎.焊接機(jī)器人編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2017：11-28.

[3]宋金虎.我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀[J].電焊機(jī)，2009，39（04）：18-20.

[4]杜柯，李俊泓.焊接機(jī)器人實(shí)訓(xùn)工作站構(gòu)建研究[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017，44（09）.

作者簡介：胡海蓮（1988-），女，碩士，助教，主要從事金屬材料教學(xué)及研究。