焊接機器人應用現狀與發展趨勢的研究

楊士良

摘要：隨著全球對于科研的重視和發展，為了滿足人類對于工業自動化的需求，機器人逐漸步入現代社會，對于工業生產水平的提高取得了顯著的成效。本文將結合我國焊接機器人的應用現狀、焊接機器人用弧焊電源等對焊接機器人的發展趨勢和方向進行詳述。

關鍵詞：焊接機器人；發展趨勢；應用現狀

隨著近幾十年世界工業的飛速發展和對科學技術的深入研究，機器人的研究水平成為評判科技水平高低的一項重要指標。有著“工業裁縫”之稱的焊接在全球的工業生產當中發揮著不可替代的作用，傳統的焊接技術在各方面已經無法適應現代社會的工業化生產需求，到目前為止，焊接機器人已經經歷了三次重要變革，由最初的第一代焊接機器人，到能利用傳感器來進行離線編程的焊接機器人，最后到現在的多傳感器、能夠自行編程從而適應工作環境的自適應智能焊接機器人，焊接自動化的標志就是焊接機器人的發展。

1 焊接機器人的定義

1.1 焊接機器人的出現應用

機器人作為新世紀先進制造技術水平的主要代表和應用的技術手段，它能夠促進企業的生產技術水平的提高、提高生產效率、保障產品質量以及保障工人身體健康等。據之前國外對于焊接機器人的研究表明，焊接機器人可以進行長時間的穩定性工作且不會產生疲勞。此后，中國也開始進行焊接機器人的研發，在引進和學習了國外的先進基礎上，我國在80年代末取得了重要成果。

1.2 焊接機器人的組成和性能

焊接機器人自身由機器人和焊接設備兩部分組成，通過人工遠程操控進行作業，可以實現多種基礎和危險作業，避免了人工焊接作業有可能出現的危險性。焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統）、送絲機、焊槍等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。焊接機器人還必須擁有高精度的控制系統和高度的靈活性，以保證焊接工作的準確性和便捷性，而且焊接機器人在作業時理當保存眾多的點位數據從而使工作時具有足夠的參數進行選擇。

2 焊接機器人的發展趨勢

2.1 焊接機器人的工業應用

根據統計數據表明，全世界正在運行運作的工業機器人里有近乎一半都是服務于焊接加工領域的焊接機器人。在許多焊接任務當中，一臺焊接機器人在完成所要求的焊接任務后還可以實現包括焊接以外的收放物品、物料的搬運以及運行裝配等多重作業，焊接編程人員可以在進行焊接機器人設計的同時給予其相對應的程序運行指令，從而讓機器人在程序員設計的運行指令下自行實現對于自身焊接設備的更換來完成各種作業。

2.2 優化焊接機器人的控制系統

迄今為止，焊接機器人的運行作業都是依靠事先輸入的控制程序，通過計算機的遠程控制終端來操作焊接機器人完成焊接工藝。一般而言，這些事先設定好的控制程序很難受到更改，一旦發現控制系統受到自身外的攻擊或者由于內部產生系統bug而造成的問題會致使焊接機器人癱瘓。所以，人類想要避免或改正這些弊端，應該將焊接機器人的控制系統的設計向智能化設計、可以實現遠端控制和離線編程的方向進行改進發展。

2.3 焊接機器人的網絡通信功能

由于網絡進行相互作業的研發技術程度較低，目前使用的焊接機器人很大一部分是單機工作，由于沒有經過遠程控制，焊接機器人只能依靠最初的焊接程序來進行單一的機械式作業。在網絡通信技術的飛速發展下，焊接機器人在實現網絡區塊集團化作業的發展可以得到技術上的支持，從而實現遠程控制系統的編寫。

2.4 優化焊接機器人的操作結構

焊接機器人最初是由于專業的焊接工業而進行設計生產的，焊接機器人的結構性能單一，不能從事于其他作業。因為人類對于機器人智能化的需求，所以未來將會進行研發從而替代原來功能性單一的機器人，焊接機器人應當在結構性能的研究上進行改進，以適應未來工業生產的需求。

2.5 焊接機器人的傳感技術

傳感技術是焊接機器人進行焊接作業時必不可少的一項技術，通過傳感器人類可以在遠處能夠實現焊接機器人的工作位置、生產速度等多方面的智能化控制。由于焊接工藝對于一些點位的要求必須準確無誤，焊接機器人應具備各種作業環境下與之相匹配的傳感器，以便更精準的作業。

2.6 焊接機器人的人工智能化

人工智能是現代科研的重要研究方向，并且取得了顯著地成果。人類需要越來越深入的機器智能化，即對焊接機器人的智能程度要求越來越高，人工智能的發展對于在焊接機器人在工業生產當中的發展具有重要意義，焊接機器人也因此需要在這方面進行研發改進，以期望于通過智能化控制來實現其可以進行人性化思考和學習改進焊接工藝，以便焊接機器人可以滿足人類對于焊接工作的精確性以及工作效率等要求。

3 焊接機器人的應用現狀

3.1 弧焊機器人的應用和引進

（1）弧焊機器人的應用

焊接機器人具有保證質量、保障工人身體健康、提高生產效率等優點，目前世界各國的知名焊接機器人的生產商有美國的Adept、德國的KUKA、日本的Motoman等，這些生產商為焊接機器人在工業上的廣泛應用提供了堅實的質量保證和優良的售后服務。

（2）弧焊機器人的引進

現在從事于我國工業生產的焊接機器人大部分還是從國外引進，特別是弧焊機器人，約占九成左右。國產的弧焊機器人由于零件、設備以及配套技術等多方面因素，一直未能成為國內焊接機器人的主要產品。我國在焊接機器人的研究應用技術中發現的問題主要源自于我國的大部分焊接機器人還是來自于國外，故我國在20世紀80年代末開始幫助第一批國內弧焊機器人的生產廠家進行建設，投入巨資為機器人的研發購買了相應的外圍設備，但是由于經驗不足、技術不夠、缺乏相應的機器人配套實施以及沒有科學有效的管理，在最初在焊接機器人的生產中，很遺憾并沒有取得什么成果。

3.2 弧焊機器人的現狀及問題

（1）弧焊機器人脫離設定程序的位置后重新工作的問題

焊接機器人位置偏移重新請示將耽誤生產線的生產運作，如果可以利用計算機動態仿真技術來進行離線操作和仿真，將會改善這個問題。

（2）焊接機器人焊接過程的焊縫實時跟蹤問題

焊接過程中如果焊接條件穩定，則焊接機器人能夠保證焊接質量。可是由于天氣、環境等多因素影響，例如：強烈的弧光輻射、高溫、煙塵、加工精度等。實際上的焊接條件會經常改變，從而導致焊槍偏離焊縫，造成焊接質量降低或報廢。焊接條件這種嚴重受到外界影響的因素，要求焊接機器人能夠實時監測焊縫的偏移量從而進行修正，所以焊縫跟蹤技術是焊接自動化領域的重要研究課題。

3.3 我國引進弧焊機器人的成效

我國重視焊接機器人的操作編程和離線編程的功能研究，眾多企業開始進行焊接機器人的熟練操作并著手研發編寫其軟件程序。因為受到國家重視和支持，政府對于第一次從事焊接機器人的企業進行大力扶持。他們最便捷的途徑就是充分利用制造廠商的售后技術服務，抓緊提高自身企業人員的研發能力和實踐能力，仔細研讀相應的書籍，熟悉焊接機器人的實地操作。工廠想要快速的步入正軌可以去和那些具有相應經驗，有研發實力的工廠、高校進行合作，以期望于能夠降低對機器人的調試時間，讓機器人能更快的進行日常工作。

4 結論

全球工業高速發展的今天，機器人的研發對于國內生產水平的提高具有代表性的促進作用。近年來由于我國科研實力的飛速提高，焊接機器人之于生產的重要意義受到了我國的高度關注，在焊接機器人的方面投入大量資源進行研究，并著手對于多項技術的實現，隨著計算機互聯網等網絡技術和智能化研發進程的發展，焊接機器人技術逐漸走向新的高度，進一步帶動了我國制造業水平的快速發展。

參考文獻

[1] 王恩浩.焊接機器人技術現狀與發展趨勢[J].中國高新技術企業，2014

[2] 杜舜堯，陳明和，吳詩語.焊接機器人技術的研究現狀與發展趨勢[J].裝備制造技術，2015

（作者單位：廣汽豐田汽車有限公司）