焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的研究

楊士良

摘要：隨著全球?qū)τ诳蒲械闹匾暫桶l(fā)展，為了滿足人類對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化的需求，機(jī)器人逐漸步入現(xiàn)代社會(huì)，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)水平的提高取得了顯著的成效。本文將結(jié)合我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀、焊接機(jī)器人用弧焊電源等對(duì)焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)和方向進(jìn)行詳述。

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

隨著近幾十年世界工業(yè)的飛速發(fā)展和對(duì)科學(xué)技術(shù)的深入研究，機(jī)器人的研究水平成為評(píng)判科技水平高低的一項(xiàng)重要指標(biāo)。有著“工業(yè)裁縫”之稱的焊接在全球的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中發(fā)揮著不可替代的作用，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)在各方面已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的工業(yè)化生產(chǎn)需求，到目前為止，焊接機(jī)器人已經(jīng)經(jīng)歷了三次重要變革，由最初的第一代焊接機(jī)器人，到能利用傳感器來(lái)進(jìn)行離線編程的焊接機(jī)器人，最后到現(xiàn)在的多傳感器、能夠自行編程從而適應(yīng)工作環(huán)境的自適應(yīng)智能焊接機(jī)器人，焊接自動(dòng)化的標(biāo)志就是焊接機(jī)器人的發(fā)展。

1 焊接機(jī)器人的定義

1.1 焊接機(jī)器人的出現(xiàn)應(yīng)用

機(jī)器人作為新世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)水平的主要代表和應(yīng)用的技術(shù)手段，它能夠促進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平的提高、提高生產(chǎn)效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量以及保障工人身體健康等。據(jù)之前國(guó)外對(duì)于焊接機(jī)器人的研究表明，焊接機(jī)器人可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性工作且不會(huì)產(chǎn)生疲勞。此后，中國(guó)也開始進(jìn)行焊接機(jī)器人的研發(fā)，在引進(jìn)和學(xué)習(xí)了國(guó)外的先進(jìn)基礎(chǔ)上，我國(guó)在80年代末取得了重要成果。

1.2 焊接機(jī)器人的組成和性能

焊接機(jī)器人自身由機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分組成，通過(guò)人工遠(yuǎn)程操控進(jìn)行作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)多種基礎(chǔ)和危險(xiǎn)作業(yè)，避免了人工焊接作業(yè)有可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)性。焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)、焊槍等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。焊接機(jī)器人還必須擁有高精度的控制系統(tǒng)和高度的靈活性，以保證焊接工作的準(zhǔn)確性和便捷性，而且焊接機(jī)器人在作業(yè)時(shí)理當(dāng)保存眾多的點(diǎn)位數(shù)據(jù)從而使工作時(shí)具有足夠的參數(shù)進(jìn)行選擇。

2 焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 焊接機(jī)器人的工業(yè)應(yīng)用

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全世界正在運(yùn)行運(yùn)作的工業(yè)機(jī)器人里有近乎一半都是服務(wù)于焊接加工領(lǐng)域的焊接機(jī)器人。在許多焊接任務(wù)當(dāng)中，一臺(tái)焊接機(jī)器人在完成所要求的焊接任務(wù)后還可以實(shí)現(xiàn)包括焊接以外的收放物品、物料的搬運(yùn)以及運(yùn)行裝配等多重作業(yè)，焊接編程人員可以在進(jìn)行焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)的同時(shí)給予其相對(duì)應(yīng)的程序運(yùn)行指令，從而讓機(jī)器人在程序員設(shè)計(jì)的運(yùn)行指令下自行實(shí)現(xiàn)對(duì)于自身焊接設(shè)備的更換來(lái)完成各種作業(yè)。

2.2 優(yōu)化焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)

迄今為止，焊接機(jī)器人的運(yùn)行作業(yè)都是依靠事先輸入的控制程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制終端來(lái)操作焊接機(jī)器人完成焊接工藝。一般而言，這些事先設(shè)定好的控制程序很難受到更改，一旦發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)受到自身外的攻擊或者由于內(nèi)部產(chǎn)生系統(tǒng)bug而造成的問題會(huì)致使焊接機(jī)器人癱瘓。所以，人類想要避免或改正這些弊端，應(yīng)該將焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)向智能化設(shè)計(jì)、可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制和離線編程的方向進(jìn)行改進(jìn)發(fā)展。

2.3 焊接機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信功能

由于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互作業(yè)的研發(fā)技術(shù)程度較低，目前使用的焊接機(jī)器人很大一部分是單機(jī)工作，由于沒有經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程控制，焊接機(jī)器人只能依靠最初的焊接程序來(lái)進(jìn)行單一的機(jī)械式作業(yè)。在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展下，焊接機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)區(qū)塊集團(tuán)化作業(yè)的發(fā)展可以得到技術(shù)上的支持，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的編寫。

2.4 優(yōu)化焊接機(jī)器人的操作結(jié)構(gòu)

焊接機(jī)器人最初是由于專業(yè)的焊接工業(yè)而進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)性能單一，不能從事于其他作業(yè)。因?yàn)槿祟悓?duì)于機(jī)器人智能化的需求，所以未來(lái)將會(huì)進(jìn)行研發(fā)從而替代原來(lái)功能性單一的機(jī)器人，焊接機(jī)器人應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)性能的研究上進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)的需求。

2.5 焊接機(jī)器人的傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)必不可少的一項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)傳感器人類可以在遠(yuǎn)處能夠?qū)崿F(xiàn)焊接機(jī)器人的工作位置、生產(chǎn)速度等多方面的智能化控制。由于焊接工藝對(duì)于一些點(diǎn)位的要求必須準(zhǔn)確無(wú)誤，焊接機(jī)器人應(yīng)具備各種作業(yè)環(huán)境下與之相匹配的傳感器，以便更精準(zhǔn)的作業(yè)。

2.6 焊接機(jī)器人的人工智能化

人工智能是現(xiàn)代科研的重要研究方向，并且取得了顯著地成果。人類需要越來(lái)越深入的機(jī)器智能化，即對(duì)焊接機(jī)器人的智能程度要求越來(lái)越高，人工智能的發(fā)展對(duì)于在焊接機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的發(fā)展具有重要意義，焊接機(jī)器人也因此需要在這方面進(jìn)行研發(fā)改進(jìn)，以期望于通過(guò)智能化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其可以進(jìn)行人性化思考和學(xué)習(xí)改進(jìn)焊接工藝，以便焊接機(jī)器人可以滿足人類對(duì)于焊接工作的精確性以及工作效率等要求。

3 焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 弧焊機(jī)器人的應(yīng)用和引進(jìn)

（1）弧焊機(jī)器人的應(yīng)用

焊接機(jī)器人具有保證質(zhì)量、保障工人身體健康、提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)，目前世界各國(guó)的知名焊接機(jī)器人的生產(chǎn)商有美國(guó)的Adept、德國(guó)的KUKA、日本的Motoman等，這些生產(chǎn)商為焊接機(jī)器人在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量保證和優(yōu)良的售后服務(wù)。

（2）弧焊機(jī)器人的引進(jìn)

現(xiàn)在從事于我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的焊接機(jī)器人大部分還是從國(guó)外引進(jìn)，特別是弧焊機(jī)器人，約占九成左右。國(guó)產(chǎn)的弧焊機(jī)器人由于零件、設(shè)備以及配套技術(shù)等多方面因素，一直未能成為國(guó)內(nèi)焊接機(jī)器人的主要產(chǎn)品。我國(guó)在焊接機(jī)器人的研究應(yīng)用技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的問題主要源自于我國(guó)的大部分焊接機(jī)器人還是來(lái)自于國(guó)外，故我國(guó)在20世紀(jì)80年代末開始幫助第一批國(guó)內(nèi)弧焊機(jī)器人的生產(chǎn)廠家進(jìn)行建設(shè)，投入巨資為機(jī)器人的研發(fā)購(gòu)買了相應(yīng)的外圍設(shè)備，但是由于經(jīng)驗(yàn)不足、技術(shù)不夠、缺乏相應(yīng)的機(jī)器人配套實(shí)施以及沒有科學(xué)有效的管理，在最初在焊接機(jī)器人的生產(chǎn)中，很遺憾并沒有取得什么成果。

3.2 弧焊機(jī)器人的現(xiàn)狀及問題

（1）弧焊機(jī)器人脫離設(shè)定程序的位置后重新工作的問題

焊接機(jī)器人位置偏移重新請(qǐng)示將耽誤生產(chǎn)線的生產(chǎn)運(yùn)作，如果可以利用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行離線操作和仿真，將會(huì)改善這個(gè)問題。

（2）焊接機(jī)器人焊接過(guò)程的焊縫實(shí)時(shí)跟蹤問題

焊接過(guò)程中如果焊接條件穩(wěn)定，則焊接機(jī)器人能夠保證焊接質(zhì)量。可是由于天氣、環(huán)境等多因素影響，例如：強(qiáng)烈的弧光輻射、高溫、煙塵、加工精度等。實(shí)際上的焊接條件會(huì)經(jīng)常改變，從而導(dǎo)致焊槍偏離焊縫，造成焊接質(zhì)量降低或報(bào)廢。焊接條件這種嚴(yán)重受到外界影響的因素，要求焊接機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)焊縫的偏移量從而進(jìn)行修正，所以焊縫跟蹤技術(shù)是焊接自動(dòng)化領(lǐng)域的重要研究課題。

3.3 我國(guó)引進(jìn)弧焊機(jī)器人的成效

我國(guó)重視焊接機(jī)器人的操作編程和離線編程的功能研究，眾多企業(yè)開始進(jìn)行焊接機(jī)器人的熟練操作并著手研發(fā)編寫其軟件程序。因?yàn)槭艿絿?guó)家重視和支持，政府對(duì)于第一次從事焊接機(jī)器人的企業(yè)進(jìn)行大力扶持。他們最便捷的途徑就是充分利用制造廠商的售后技術(shù)服務(wù)，抓緊提高自身企業(yè)人員的研發(fā)能力和實(shí)踐能力，仔細(xì)研讀相應(yīng)的書籍，熟悉焊接機(jī)器人的實(shí)地操作。工廠想要快速的步入正軌可以去和那些具有相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)，有研發(fā)實(shí)力的工廠、高校進(jìn)行合作，以期望于能夠降低對(duì)機(jī)器人的調(diào)試時(shí)間，讓機(jī)器人能更快的進(jìn)行日常工作。

4 結(jié)論

全球工業(yè)高速發(fā)展的今天，機(jī)器人的研發(fā)對(duì)于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平的提高具有代表性的促進(jìn)作用。近年來(lái)由于我國(guó)科研實(shí)力的飛速提高，焊接機(jī)器人之于生產(chǎn)的重要意義受到了我國(guó)的高度關(guān)注，在焊接機(jī)器人的方面投入大量資源進(jìn)行研究，并著手對(duì)于多項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，隨著計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能化研發(fā)進(jìn)程的發(fā)展，焊接機(jī)器人技術(shù)逐漸走向新的高度，進(jìn)一步帶動(dòng)了我國(guó)制造業(yè)水平的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：廣汽豐田汽車有限公司）