我国焊接机器人的应用与研究现状
焊接机器人现状及发展趋势探究
焊接机器人现状及发展趋势探究摘要：在现阶段的工业生产实践过程中，焊接机器人已经得到了普遍的推广运用。
焊接机器人由于具备自动化与智能化的焊接操作特征，因此能够有效取代人工焊接操作的传统工艺方法。
近些年以来，焊接机器人的系统组成结构正在趋向于日益获得完善，焊接机器人在工业领域的实践运用范围也得到了明显的扩大。
因此，本文探讨了焊接机器人在当前时期阶段的技术发展总体状况，探究焊接机器人的工艺技术未来发展趋势。
关键词：焊接机器人；实践运用现状；技术发展趋势焊接工序构成了工业生产必不可少的工序组成部分，焊接工序的操作实施过程表现为人身伤害风险较高的特征。
并且，人工进行零部件的焊接操作处理还会导致产生较多的人力资源成本以及生产时间成本，不利于促进工业企业获得最大化的经济效益。
由此能够判断得出，焊接机器人在目前的企业焊接生产操作过程中需要得到更大范围的普及运用，切实控制焊接操作的人工实施成本，促进企业达到更高层次的经济效益利润目标。
一、焊接机器人的基本组成结构对于焊接机器人而言，目前机器人的基本系统组成结构应当包含机器人的控制柜、本体结构、焊接系统、示教器、传感监测系统、辅助焊接设备、自动化的综合控制处理系统等。
焊接机器人的核心设备部件主要集中在机器人的本体结构中，重点包含示教器与控制柜等，焊接系统可以划分为焊枪焊钳、焊接电源、供气机构与送丝机构，辅助焊接设备主要为焊接工装夹具以及自动化的移动控制系统。
此外，系统外部的自动传感监测装置能够重点针对于电弧焊的焊缝缺陷、空间环境数据等进行实时性的采集反馈，有效确保了焊接操作全面实施中的系统电压变化波动状况能得到完整的监测[1]。
自动化的视觉传感器可以接收实时性的外部环境传输数据，然后将现有的焊接监测数据反馈给综合性的自动控制处理系统。
在此前提下，具有综合控制处理功能的机器人系统就会协调控制现有的机器人运行状况，确保经过传感器采集获得的各项数据信息都能得到完整的反馈。
焊接机器人的发展现状与趋势
焊接机器人的发展现状与趋势
焊接机器人是工业机器人应用中的一种，主要用于工业焊接生产线上的操作。
随着技
术的不断进步，焊接机器人的应用范围越来越广泛，技术水平也在不断提高。
目前，全球焊接机器人市场规模已经达到了250亿美元，并且在不断扩张。
其中，以
中国为代表的亚洲市场增长速度尤为迅速。
据预测，未来几年内，全球焊接机器人市场规
模将继续稳步增长。
发展趋势上，焊接机器人将会呈现以下几个方向：
1. 自主化水平持续提升：
焊接机器人在自主化方面的水平越来越高，主要得益于技术的不断推广和应用，包括
3D视觉、人工智能、机器学习等。
未来，焊接机器人的运动控制和轨迹规划能力将会更加精准和智能。
2. 精度和速度大幅提升：
随着对生产成本和效率要求的不断提高，焊接机器人的生产速度和精度也需随之提高。
为了实现精度高、速度快的能力，部分厂商已经在机器人控制系统和传感器方面进行了升级。
3. 更加灵活的应用场景：
传统的焊接机器人主要应用于生产线上的固定作业。
但随着企业在生产过程中要求更
加灵活，机器人同样也需要适应多样化的生产环境。
众多厂商已经在研究如何将焊接机器
人应用于更多场景中，包括可移动式焊接机器人等。
4. 多项技术的融合：
总体而言，焊接机器人的发展将会更加多元化、智能化和自主化。
未来，焊接机器人
的性能、精度、速度和应用场景等方面都将得到进一步提升和完善，为生产制造带来更多
便利和优势。
焊接机器人技术现状与发展趋势
焊接机器人技术现状与发展趋势摘要：近几十年来，随着自动控制理论、计算机技术、电子技术和通讯技术等的飞速发展，自动化焊接方法尤其是机器人焊接技术得到了迅速发展。
用自动化焊接方法代替人工焊接已经成为全球工业制造必然的发展趋势，在一些行业中将逐步替代传统的人工焊接。
自二十世纪以来，焊接自动化技术的应用在我国越来越普遍，当前在汽车工业、大型管道等产品的制造过程中，已用焊接机器人实现了大量焊接接头的连接，并且在某些具体的工业生产中尤其是汽车制造中已形成了一套高生产效率、高焊接质量的焊接自动生产线，大力推动了焊接在工业生产中的规模化、机械化和自动化。
机器人焊接技术在显著提高焊接生产效率的同时，还提升了产品焊接质量，改变了工人的操作环境，很大程度上降低了工人的劳动强度。
关键词：焊接机器人；控制技术；焊接技术；智能化截至目前，焊接智能机器人领域在经验方面已先后完成至少三次大规模技术更新升级，从一个仅能在原始教学和回放模式下独立操作的智能焊接机器人，到一个能够通过多传感器模式实时接收焊接信息数据的自动离线智能焊接机器人。
然后逐步发展和进化为能够超越我们通常所说的多传感器模式的智能机器人，双方已经能够通过自学习编程和其他方式快速实现焊接机器人的自适应焊接，该机器人能够自动适应复杂工作环境的功能要求。
1焊接机器人介绍早些年间，最开始出现的是火烙铁钎焊、锻接等简单的金属连接方法。
从上世纪三十年代以后才逐步形成电弧焊、电阻焊，到后来的埋弧焊，二氧化碳保护焊。
从上世纪八十年代开始，在焊接领域逐步使用机器人焊接技术，使得自动化焊接技术的步伐向前迈出了关键一步。
改革开放以后，焊接机器人的应用也较为普遍，各种用途的工业机器人在各自领域得到广泛的应用。
现已广泛应用于汽车零部件制造业中、重型机械结构部件、锅炉压力容器件、铁路车辆、国防兵器等方面。
当前，国外焊接机器人已经逐渐形成了欧美和日本这两大体系。
焊接机器人主要是指具有三个或者三个以上可自由编程的运动轴，依靠编写程序实现对机器人的控制，使机器人能够按照预先规定的作业路径及速度，把焊接工具送到指定位置的机器。
焊接机器人应用现状与发展趋势的研究
焊接机器人应用现状与发展趋势的研究焊接机器人是一种具有自主化功能的机械手臂，能够根据程序自动进行焊接作业。
它可以替代人工进行焊接工作，提高生产效率，减少生产成本，降低人工误差。
随着制造业自动化水平的不断提高，焊接机器人在各个行业中得到广泛的应用。
本文将对焊接机器人的应用现状与发展趋势进行研究，探讨其在未来的发展方向。
一、焊接机器人的应用现状1. 在汽车制造业中的应用汽车制造业是焊接机器人应用的主要领域之一，因为汽车的制造过程中需要大量的焊接作业。
焊接机器人可以取代工人完成焊接工作，提高工作效率，保证焊接质量。
目前，汽车制造业中的焊接机器人主要应用于车身焊接、底盘焊接和点焊等环节。
2. 在电子制造业中的应用电子制造业对焊接工艺要求较高，需要进行精细的焊接操作。
焊接机器人在电子制造业中得到广泛的应用。
它可以完成PCB板的焊接、导线的焊接等工作，提高工作效率，减少操作误差。
4. 在其他行业中的应用除了上述行业，焊接机器人还在冶金、建筑、管道、家电等行业中得到广泛的应用。
它可以完成各种材料的焊接工作，包括金属、塑料、陶瓷等材料，为各个行业提供高效的焊接解决方案。
二、焊接机器人的发展趋势1. 智能化随着人工智能技术的不断发展，焊接机器人将会越来越智能化。
它可以通过人工智能算法学习和优化焊接路径，实现自动调整焊接参数，提高焊接质量和效率。
智能化的焊接机器人还可以实现自主化的生产调配和协同工作，提高生产线的整体效率。
2. 精准化未来的焊接机器人将会具备更高精度和稳定性。
它可以通过高精度的感应器和控制系统，实现对焊接过程的精准控制，包括焊接速度、温度、压力等参数。
这将有助于提高焊接质量，减少焊接变形和裂纹，扩大焊接适用范围。
3. 柔性化未来的焊接机器人将会更加灵活多变，可以适应多样化的焊接需求。
它可以通过柔性的机械手臂、多轴联动和灵活的控制系统，实现多种焊接姿态和焊接路径，适应各种复杂的焊接场景。
这将为焊接工艺的优化和改进提供更多可能性。
焊接机器人的发展现状与趋势
焊接机器人的发展现状与趋势1. 引言1.1 焊接机器人的定义焊接机器人是一种能够自动执行焊接任务的机器人，通常由机械臂、控制系统和焊接设备组成。
焊接机器人能够根据预设的程序和参数，精确地执行焊接动作，实现高效、精准的焊接操作。
由于焊接是制造领域中常见的工艺之一，而传统手工焊接存在工作强度大、效率低、质量难以保证等问题，因此焊接机器人的出现填补了人力不足、工时长等问题。
焊接机器人通过自动化技术，提高了生产效率和产品质量，降低了生产成本，使得焊接工艺更加精密、稳定和可靠。
焊接机器人的出现，改变了传统焊接方式，成为工业生产中重要的焊接工艺设备之一。
随着工业自动化的不断发展和进步，焊接机器人在各个行业的应用越来越广泛，成为生产制造业中不可或缺的重要装备之一。
焊接机器人的出现为工业生产带来了新的发展机遇和挑战。
1.2 焊接机器人的应用领域焊接机器人的应用领域非常广泛，几乎涵盖了所有需要焊接的工业领域。
汽车制造业是焊接机器人的主要应用领域之一。
在汽车制造过程中，焊接机器人能够实现高效、精准的焊接操作，保证焊接质量，提高生产效率。
电子设备制造、航空航天、建筑结构等领域也广泛应用焊接机器人。
在这些领域中，焊接机器人能够取代人工焊接，减少人力成本，提高生产效率，同时还能提高焊接质量和稳定性。
随着制造业的不断发展，焊接机器人的应用领域也在不断扩大，未来有望涉及更多行业和领域，为工业生产带来更多的便利和效益。
焊接机器人的应用领域将会不断拓展，为各行业带来更多的发展机遇和技术进步。
1.3 焊接机器人的发展重要性焊接机器人的发展可以提高焊接质量和效率。
传统焊接方式存在人为因素，容易受到人为操作技术水平的影响，导致焊接质量不稳定。
而焊接机器人具有高精度、高稳定性的特点，可以确保焊接质量稳定且符合要求，提高生产效率并减少人力成本。
随着科技的不断进步，焊接机器人能够适应各种复杂的焊接环境和工艺要求。
焊接机器人具有灵活性和多功能性，能够适应不同形状、尺寸和材质的焊接工件，实现自动化生产，满足不同行业的生产需求。
机器人工艺焊接技术的研究与应用
机器人工艺焊接技术的研究与应用引言随着科技的不断进步与发展，机器人技术在工业领域的应用越来越广泛。
其中，机器人工艺焊接技术作为其中的一个重要方向，对于提高生产效率、确保产品质量具有重要意义。
本文将深入探讨机器人工艺焊接技术的研究与应用，以及未来的发展趋势。
一、机器人技术在焊接领域的应用1.1 机器人工艺焊接的定义与特点机器人工艺焊接是指利用自动化机器人完成焊接作业的工艺，相对于传统手工焊接，具备以下几个显著特点：首先，机器人工艺焊接可以实现高度的自动化。
通过编程控制，机器人能够在一定的工作区域内完成焊接工作，减少人工操作的需求，提升了生产效率。
其次，机器人工艺焊接具备高精度性。
由于机器人焊接采用先进的传感器和控制技术，能够对焊接过程进行实时监测和调整，从而保证焊接质量的稳定和准确性。
最后，机器人工艺焊接具有良好的可编程性。
通过对机器人进行编程，可以针对不同的焊接任务进行灵活的调整和优化，满足不同产品的要求，提高焊接效率。
1.2 机器人工艺焊接的应用领域机器人工艺焊接技术在多个行业具有广泛的应用。
以汽车制造业为例，机器人工艺焊接被广泛应用于车身焊接、零部件焊接等环节，可以提高生产效率和焊接质量；在航空航天领域，机器人工艺焊接可以应用于飞机的结构焊接和维修焊接，保证飞机的安全性和可靠性；而在家电行业，机器人工艺焊接可以应用于冰箱、空调等产品的焊接，提高工艺稳定性和外观质量。
二、机器人工艺焊接技术的研究进展2.1 焊接机器人与焊接工艺的集成研究一方面，焊接机器人的选择与控制技术对于焊接质量和效率至关重要。
研究者通过对机器人的结构设计和控制系统的优化，以及对焊接工艺的分析和模拟，实现焊接机器人与焊接工艺的高度集成。
另一方面，焊接机器人的传感器技术也得到了广泛的研究。
通过在机器人手臂上配备高精度的传感器，可以实时监测焊接工艺中的温度、气压、电流等参数，并将其反馈给控制系统进行调整，从而提高焊接质量的稳定性和重复性。
基于双目视觉的焊接机器人系统研究及应用
第13期2023年7月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.13July,2023基金项目:2022年北方民族大学研究生创新项目;项目编号:YCX22116㊂作者简介:杨翠珠(1997 ),女,甘肃天水人,硕士研究生;研究方向:机器视觉㊂基于双目视觉的焊接机器人系统研究及应用杨翠珠(北方民族大学电气信息工程学院,宁夏银川750021)摘要:自动化焊接机器人技术是焊接领域中一个重要发展方向,能够在提高焊接效率的同时保证焊接质量,在汽车㊁医疗㊁航天及交通等各大行业都实现了大规模应用㊂焊接机器人将视觉传感器与机械臂结合,实现焊缝的高质量焊接㊂目前,针对大型铸件复杂焊缝的焊接,较多工厂仍然采用传统的手工焊接方式,焊接效率低且产品质量难以得到保证,因此需要进一步加强对焊接机器人的研究,实现对大型铸件复杂焊缝的自动化焊接㊂文章基于双目视觉技术,概述焊接机器人研究现状㊁自动化焊接系统构成,以及焊接机器人在工业生产中的应用㊂关键词:焊接机器人;双目视觉,检测识别;工业应用中图分类号:TP273㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀随着全球自动化及智能机器人技术的不断发展,焊接机器人代替传统的手工焊接已成为一种趋势,自动化焊接使焊接产品的质量得到提升,可靠性及稳定性不断增强,很大程度上提高了焊接效率㊂本文对自动化焊接技术进一步深入研究,设计基于双目视觉的焊接机器人,对实现对大型铸件复杂焊缝的自动化焊接,具有重要意义㊂1㊀焊接机器人研究现状及存在的问题㊀㊀国外对焊接机器人技术研究较早㊂1997年,瑞典ASEA 公司研制的LaserTrack 视觉跟踪系统,对焊缝路径不需提前进行示教,能够自主寻找焊缝初始点并进行跟踪,跟踪精度为0.4mm [1]㊂2019年,Bi D等[2]设计了一套基于双目视觉定位系统的管-管焊接机器人,实现对焊缝的实时跟踪及焊枪的精确定位㊂相比较国外,我国研究人员对焊接机器人技术研究相对较晚,但在自动化焊接领域也取得了一定的研究成果㊂2017年,范明洋等[3]提出一种基于线结构光的曲线焊缝自动化焊接技术,具有良好的检测精度㊂2021年,付瑶等[4]研究转向架生产中横梁组成的内腔焊缝自动化焊接技术,创新了口字形焊法,实现自动化焊接㊂焊接机器人技术发展迅速,但仍然存在很多问题,如对于焊接环境艰难㊁焊缝位置不易检测识别的情况,尤其是对工厂大型铸件复杂焊缝的焊接㊂由于铸件较大且焊缝不易检测识别,目前大多采用传统的人工焊接方式,效率低且焊接产品质量不稳定,因此,需要对相应的焊接机器人技术进一步深入研究㊂2㊀焊接机器人系统构成及相关原理2.1㊀焊接机器人系统㊀㊀为解决复杂焊缝的自动化焊接问题,本文设计基于双目视觉的焊接机器人系统㊂系统分为硬件部分和软件部分㊂硬件部分为双目相机㊁机械臂;软件部分利用Python㊁OpenCV㊁Matlab 等技术完成焊缝的自动化焊接㊂系统软件实现流程如图1所示㊂图1㊀系统软件实现流程2.2㊀相关工作原理概述㊀㊀系统主要完成焊缝的识别与定位工作㊂进行焊缝识别时,需先利用双目相机拍摄焊缝图像㊂相机成像模型中有四大坐标系:像素坐标系㊁图像坐标系㊁相机坐标系及世界坐标系㊂通过这四大坐标系之间的转换关系,以及相机成像模型确定目标物体在空间中的三维坐标和成像平面上对应点的映射关系㊂2.2.1㊀坐标系的建立(1)像素坐标系㊂图像中的像素点即图像位置,属于二维平面坐标系,像素坐标系的原点位于图像左上角,原点为O(u, v),u㊁v轴表示像素点在像素坐标系中的行数㊁列数,单位为像素(pixel)㊂任意一点在像素坐标系中可表示为(u,v)㊂(2)图像坐标系㊂图像坐标系即物理坐标系,原点为相机中心,与成像平面的交点O(u0,v0)也称为主点,x㊁y轴方向与像素坐标系坐标轴方向相同,单位为mm,任一点可表示为(x,y)㊂(3)相机坐标系㊂以相机光心为原点建立的坐标系,属于三维坐标系,X C㊁Y C轴方向与图像坐标系方向一致,Z C轴为相机的光轴,与图像坐标系平面垂直,各个坐标轴可用右手坐标系规则确定,空间一点在相机坐标系中可表示为(X C,Y C,Z C)㊂(4)世界坐标系㊂真实物体存在的坐标系,又称大地坐标系㊂通常为了方便计算,将图像左下角设为世界坐标系原点O W,单位为mm㊂空间中任一点在世界坐标系中可表示为(X W,Y W,Z W)㊂2.2.2㊀坐标系间的转化双目视觉系统中,通过四大坐标系之间的转换,可以实现图像中任意一点的三维重建㊂假设空间中一点P,像素坐标系下的坐标为(u,v),图像坐标系下的坐标为(x,y),相机坐标系下的坐标为(X C,Y C,Z C),世界坐标系下的坐标为(X W,Y W, Z W)㊂Z Cuv1éëêêêùûúúú=c x0u00c y v0001éëêêêêùûúúúúR TO T1éëêêùûúúX WY WZ W1éëêêêêêùûúúúúú=M0M1X WY WZ W1éëêêêêêùûúúúúú(1)式(1)中,c x=fd x,c y=f dy,M0=c x0u00c y v0001éëêêêêùûúúúú,M1=R TO T1éëêêùûúú,对式(1)进行化简化可得:Z Cuv1éëêêêùûúúú=M0M1X WY WZ W1éëêêêêêùûúúúúú=M0M1X=MX(2)式(2)中,M0为相机内参矩阵,M1为相机外参数矩阵,其中,旋转矩阵R为两坐标系之间得相对位姿,T为相机基线长度㊂2.2.3㊀焊缝检测识别本系统对焊缝进行检测识别时,需要先对图像进行预处理操作,如直方图均衡化㊁灰度对数变换㊁双边滤波等㊂进行检测识别时,可采用Blob算法检测㊁LOG算子检测㊁Canny边缘检测算子等检测算法,具体根据焊缝特征选取检测算法,本文采用LOG算子检测,能较为准确地对焊缝进行检测识别㊂2.2.4㊀焊缝轨迹规划本系统实现对焊缝的检测识别后,还需对焊缝进行轨迹规划,确定焊缝在机器人基坐标系下的空间轨迹方程,实现机器人对焊缝的自动化焊接㊂焊接机器人的轨迹规划分为关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划,主要方法有多项式差值㊁曲线拟合等方法㊂本文采用多项式插值法,结合焊缝的描述方程及运动学相关约束条件,确定焊缝的轨迹方程㊂3 焊接机器人的发展及应用㊀㊀近年来,各个国家对科学技术越发重视,机器人的研究水平也成为各国科学技术水平重要的衡量标准㊂因此,需要对焊接机器人的发展趋势及工业应用进行研究与分析㊂3.1㊀焊接机器人的发展趋势3.1.1㊀智能化发展目前,智能化发展已经成为我国自动化焊接技术的重要发展方向,将智能控制技术融合到自动化焊接技术中,保证生产过程快速㊁稳定地进行,实现焊接过程的智能化㊂3.1.2㊀网络化发展随着计算机技术的不断发展,焊接机器人系统中融入计算机网络体系,进一步增强焊接过程的自动化管理,实现自动化焊接过程的一体化控制㊂同时,当设备出现故障无法正常运行时,计算机网络技术可以通过远程监控排查故障问题,并及时采取相应的解决措施㊂3.1.3㊀高效化发展焊接机器人对产品进行焊接时,不仅要考虑焊接速度,还要保证焊接质量,传统的手工焊接难以满足这两个要求㊂而焊接机器人不仅能实现批量化焊接,还能保证焊接产品的质量,实现焊接过程的精准控制,效率高且稳定可靠㊂3.2㊀焊接机器人的工业应用3.2.1㊀智能化焊接专机智能化焊接专机为一定形状的焊接接头,焊接特定工件的焊接机器人,主要融合视觉传感器技术和自动化焊接技术㊂智能化焊接专机通过视觉传感器实时获取焊接产品信息,并利用计算机软件技术,进行智能控制,实现自动化焊接㊂目前,由于智能化焊接专机焊接产品的质量难以得到保证,因此有待进一步提高㊂3.2.2㊀自动化焊接机器人随着焊接行业对自动化焊接技术的要求不断提高,智能化焊接专机已不能满足当代社会的焊接要求,此时焊接效率更高,焊接质量更好的焊接机器人逐渐发展起来,并在焊接领域被广泛应用㊂焊机机器人作为一种多功能㊁可重复编程的自动控制操作机,不仅提高了焊接产品的生产效率,实现稳定㊁高质量焊接,还缩短了产品的生产周期,改善了工人的劳作强度,同时减少了相应设备的投资㊂4 结语㊀㊀焊接机器人技术在各个行业广泛应用,发挥着越来越重要的作用㊂本文就焊接机器人研究现状进行分析,并针对工厂大型铸件复杂焊缝焊接困难问题,设计基于双目视觉的自动化焊接系统,概述相关原理以及焊接机器人的发展趋势及工业应用㊂研究表明高效率㊁高质量的自动化焊接机器人为大型铸件复杂焊缝的自动化焊接㊁批量化生产确定了方向㊂参考文献[1]SUGA Y,MUTO A,KUMAGAI M.Automatic Tracking of welding line by autonomous mobile robot for welding of plates:tracking of linear and angled welding lines[J].Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Series C,1997(612):2918-2924. [2]BI D,WANG X,LIU Z,et al.New method for robot tool and camera pose calibration[J].Chinese Journal of Scientific Instrument,2019(1):101-108.[3]范明洋,嵇保健,洪磊.基于线结构光的曲线焊缝焊接技术[J].组合机床与自动化加工技术,2017 (9):142-145.[4]付瑶,樊亚斌,代超. 口 字形焊缝自动化焊接技术开发与应用[J].焊接技术,2021(12):118-120.(编辑㊀李春燕)Research and application of welding robot system based on binocular visionYang CuizhuCollege of Electrical Information Engineering Northern University for Nationalities Yinchuan750021 China Abstract Automated welding robot technology is an important development in the welding field which can improve welding efficiency while ensuring welding quality.It has been widely applied in various industries such as automobiles healthcare aerospace and transportation.Welding robots combine visual sensors with robotic arms to achieve high-quality welding of welds.However currently for the welding of complex welds in large castings many factories still use traditional manual welding methods which have low welding efficiency and difficult to ensure product quality. Therefore further research on welding robots is needed to achieve automatic welding of complex welds in large castings.The article is based on binocular vision technology outlining the current research status of welding robots the composition of automated welding systems and the application of welding robots in industrial production. Key words welding robot binocular vision inspection and identification industrial applications。
浅谈焊接机器人的应用与发展
科技 一向导
２ ０ １ ３ 年３ ２ 期
浅谈焊接机器人的应用与发展
王 涛
（ 中国汽车技术研究中心天津卡达克汽车高新技 术公 司 中国
【 摘
天津 ３ ０ ０ ３ ０ ０ ）
要】 焊接生产线机械 自 动化技 术的应用经历了仿制 、 自 行研制 、 稳步发展三个阶段 。焊接制造行业的焊接专机将得到普遍 应用， 焊接
３ ． 焊 接 机器 人 的发 展 及 趋 势
据不完全统计 ． 服务于焊接加工领域 的焊接机 器人 占全世界 在役 的工业机器人 中的一半左右。其 实 ， 焊接机器人就是在焊 接生产 过程 中． 代替焊工从事焊接任务的工业机器人 。 这些焊接机器人 中， 只有少 数是专为某种焊接方式设计的 ． 而大多数 的焊接机器人就是在通用 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 人并不仅仅完成焊接作业 。甚至还可 以完成包括焊接在 内的取物 、 搬 运及安装等多种任务 编程人 员可以向机器人输入相应 的程序指令 机 器人可 以根据程序指令 自动更换机械手上 的工具来完成相应 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 。 在发达 国家 ． 焊接机器人 自动化 生产线成套设备 已成 为 自 动化装 备 的主流及未来 的发展方向。 国外汽车行业 、 电子 电器行业 、 工程机械 等行业 的生产线都是以大量使 用工业机器人代替人工来完成作业 的 从而使产 品的质量更加得以保 障． 生产效率得到 了大大 的提高 许多 国家通过长期使用工业 机器人 的实践表 明． 工业机器人 的技术水平及 其普及程度是体现该 国家工业发展水 平重要 因素之一 ． 也是实现 自 动 化生产 、 提高生产效率 、 推动企业和社会生产力发展的有效 手段。 ３ ． １ 焊接机器人在焊接生产中的应用 众所周知 ， 在制造业中 ， 焊 接加工是一种生产环境差 、 危险性 高的 职业之一 。 而且 ， 焊接加工对焊工技术水平的要求也是 比较高的。 它要 求焊工必须具 有熟练 的操作技 能 、丰富的实践经 验和稳定的焊接水 平 焊接机器人的出现 ． 使人们能够从极为恶劣 的工作环境 中解脱 出 来， 减轻焊工的劳动强度 ． 同时也可 以提高焊接的质量和效 率。 焊接机器人有直角坐标式 、 柱 面坐标式 、 球面坐标式 、 多关节 坐标 式、 伸缩式 、 爬行式等多种结构形式 。在实际使用 中． 可 以根据不 同的 场合选用不同的结构形式 ． 来 完成相应 的工作任务 。模仿人手臂功能 的多关节机器人 ． 由于可 以在空 间 自由度 内任意动作 ． 手臂灵活性最 大， 能够使焊枪的空间位置 和姿态调至任意状态 ． 来满足焊接 的需要 ． 因此也是 目前使用最为广泛 的一种 由于焊接机器人技术 的不断提高 ． 并且 电弧传感器技术在机器人 焊接 中得 到广泛应 用 ． 在一定程度 上 ． 解决 了机器人 电弧焊的焊缝轨 迹跟踪和控制的问题。 在汽车制造业 中． 由于焊接机器人的广泛应用 ． 也从原来 比较单一的汽车装配点焊很快发展为汽车 （ 下转第 ２ ３ ７ 页）
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摘要：介绍了焊接机器人应用意义和应用状况，分析了我国焊接机器人应用方面的不足，从焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术七个方面阐述了焊接机器人的研究现状，探讨分析了焊接机器人的发展趋势，指出视觉控制技术、模糊控制技术、神经网络控制以及嵌入式控制技术将是焊接机器人智能化技术发展的主要方向，并展望了机器人应用和发展前景。
关键词：焊接机器人；应用现状；研究状况；发展趋势中图分类号：TG409；TP242文献标识码：C 文章编号：1001－2303(2009)04－0018－04第39卷第4期2009年4月Vol．39No．4Apr．2009Electric Welding Machine宋金虎(山东交通职业学院，山东潍坊261206)Application and research situation of welding robot in ChinaSONG Jin-hu(Shandong Transport Vocational College ，Weifang 261206，China)Abstract ：Introduces the application sense and situation of welding robot in our country ，analyze the differences in application．Then key situation on technology of welding robot were discussed ，these technologies are seam-tracking ，off-line programming and trajectory planning ，multi-robots corresponded control ，welding power source ，system simulation ，welding robot technologies and remote welding technology．The development tendency of welding robotic technique was analysized too．The visual manipulation-technology ，fuzzy manipulation-technology ，neuralnetwork manipulation-technology ，embedded system manipulation-technology and intelligent technology were considered as the main development directions．At the same time ，the development direction of welding robotic technique was forecasted．Key words ：welding robot ；application situation ；research situation ；development tendency收稿日期：2009－03－18作者简介：宋金虎(1967—)，男，山东潍坊人，副教授，主要从事焊接设备的研发工作。
0前言机器人技术是融合了电子技术、机械技术等多种新兴技术的一种高新技术。
工业机器人先后经历了从第一代示教再现机器人、第二代离线编程机器人，到现在的第三代智能机器人三个过程。
焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣。
随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。
1焊接机器人应用的重要意义(1)稳定和提高焊接质量，保证其均一性。
焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度和干伸长量等对焊接结果有着决定作用。
采用机器人焊接时，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量稳定。
而人工焊接时，焊接速度、干伸长量等都是变化的，很难做到质量的均一性。
(2)改善了劳动条件。
采用机器人焊接，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等。
对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。
(3)提高劳动生产率。
机器人可24h 连续生产。
随着高速高效焊接技术的应用，采用机器人焊接，效率提高得更为明显。
(4)产品周期明确，容易控制产品产量。
机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。
(5)缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。
可实现小批量产品的焊接自动化。
机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不专题讨论︱︱焊接机器人电焊机我国焊接机器人的应用与研究现状同工件的生产。
2我国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、铁路机车等主要行业。
汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早的用户。
早在20世纪70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制了直角坐标机械手，成功应用于上海牌轿车底盘的焊接。
一汽公司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年成功地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。
20世纪80年代末和20世纪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，但其焊接自动化程度和装备水平让我们认识到了与国外的巨大差距。
随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接机器人。
可以说20世纪90年代以来的技术引进和生产设备、工艺装备的引进使我国的汽车制造水平由原来的作坊式生产提高到规模化生产，同时使国外焊接机器人大量进入中国。
由于我国基础设施建设的高速发展带动了工程机械行业的繁荣，工程机械行业也成为较早引入焊接机器人的行业之一。
近年来随着我国经济的高速发展，能源的大量需求，与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术，焊接机器人逐渐崭露头角。
铁路机车行业由于我国货运、客运、城市地铁等需求量的不断增加以及列车提速的需求，机器人的需求一直处于稳步增长态势。
据2001年统计，全国共有各类焊接机器人1040台，汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76％。
在汽车行业中点焊机器人与弧焊机器人的比例为3∶2，其他行业大都是以弧焊机器人为主，主要分布在工程机械(10％)、摩托车(6％)、铁路车辆(4％)、锅炉(1％)等行业。
焊接机器人也主要分布在全国几大汽车制造厂。
目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系和国产三类。
日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。
欧系中主要有德国KUKA、CLOOS，瑞典ABB，意大利COMAU和奥地利IGM公司。
国产机器人主要是沈阳新松机器人公司产品。
目前在我国虽然已经具有自主知识产权的焊接机器人系列产品，但却不能批量生产，形成规模，究其原因有以下几点：(1)国内机器人价格没有优势。
近十年来，进口机器人的价格大幅度降低，从7～8万美元／台降低到2～3万美元／台，使我国自行制造的普通工业机器人在价格上很难与之竞争。
特别是我国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，如伺服电机、减速机等需要进口，使价格难以降低，所以机器人生产成本高；加之我国焊接装备水平与国外还存在很大差距，也间接影响了国内机器人的发展。
对于机器人的最大用户———一汽白车身生产厂来说，几乎所有的装备都是从国外引进，国产机器人找不到表演的舞台。
(2)国产机器人无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还存在一定的差距。
国外工业机器人是个非常成熟的工业产品，经历了30多年的发展历程，而且在实际生产中不断地完善和提高；而我国尚处于单件小批量的生产状态。
(3)国内机器人生产厂家处于幼儿期，还需要政府政策和资金的支持。
焊接机器人是个机电一体化的高技术产品，单靠企业的自身能力是不够的，需要政府对机器人生产企业和使用国产机器人系统的企业给予一定的政策和资金支持，加速我国国产机器人的发展。
3焊接机器人技术的研究现状机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。
从国内外研究现状来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术七个方面。
3．1焊缝跟踪技术焊接机器人施焊过程中，由于焊接环境各种因素的影响，如：强弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等，实际焊接条件的变化往往会导致焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至失败。
焊缝跟踪技术的研究就是根据焊接条件的变化要求弧焊机器人能够实时检测出焊缝偏差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。
焊缝跟踪技术的研究以传感器技术与控制理论方法为主，其中传感专题讨论︱︱焊接机器人专题讨论宋金虎：我国焊接机器人的应用与研究现状第4期技术的研究又以电弧传感器和光学传感器为主。
电弧传感器是从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号，实时性好，焊枪运动灵活，符合焊接过程低成本自动化的要求，适用于熔化极焊接场合。
电弧传感的基本原理是利用焊炬与工件距离的变化而引起的焊接参数变化来探测焊炬高度和左右偏差。
电弧传感器一般分为三类：并列双丝电弧传感器、摆动电弧传感器、旋转式扫描电弧传感器，其中旋转电弧传感器较前两者的偏差检测灵敏度高，控制性能较好。
光学传感器的种类很多，主要包括红外、光电、激光、视觉、光谱和光纤式，光学传感器的研究又以视觉传感器为主，视觉传感器获得的信息量大，结合计算机视觉和图像处理的最新技术，大大增强弧焊机器人的外部适应能力。
激光跟踪传感具有优越的性能，成为最有前途、发展最快的焊接传感器。
另一方面，随着近代模糊数学和神经网络的出现以及应用到焊接这个复杂的非线性系统中，使得焊缝跟踪进入了智能焊缝跟踪的新时代。
3．2离线编程与路径规划技术机器人离线编程系统是机器人编程语言的拓广，它利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的模型，利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行轨迹规划，进而产生机器人程序。