導(dǎo)語(yǔ)：工業(yè)焊接機(jī)器人應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：工業(yè)焊接機(jī)器人是目前裝備制造業(yè)和其他大型行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的一種焊接方式，其運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)等都有極高的技術(shù)含量，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)分析來(lái)達(dá)到深入了解，同時(shí)，對(duì)其在裝備制造等大型行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析其主要的應(yīng)用方向，對(duì)高新技術(shù)在其目前焊接機(jī)器人的應(yīng)用提升及前沿方向做了一定分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；焊接；智能化；發(fā)展目前，全球50%的機(jī)器人是用來(lái)進(jìn)行焊接的。無(wú)論是汽車制造、電子制造、工程機(jī)械、城市建設(shè)，都需要焊接機(jī)器人。在這一背景下，我國(guó)作為全球最大的工業(yè)生產(chǎn)國(guó)家，其對(duì)焊接機(jī)器人的需求和依賴性尤其突出。

1工業(yè)焊接機(jī)器人構(gòu)成和運(yùn)動(dòng)分析

1.1工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是指多個(gè)關(guān)節(jié)或多個(gè)自由度的機(jī)械設(shè)備，它是一種能夠自主完成工作的機(jī)械，依靠自己的動(dòng)力和控制能力，完成多種工作。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)今世界上最活躍、最具代表性的一種技術(shù)，它包括機(jī)械學(xué)、控制理論與技術(shù)、計(jì)算機(jī)、傳感、人工智能、仿生學(xué)。常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人的工作是由硬件構(gòu)成與部分軟件所構(gòu)成，其中按硬件構(gòu)成分為機(jī)械系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)以及部分計(jì)算機(jī)控制器；至于軟件，則是指各種程序。

1.2組成部分

手部還被稱作抓持設(shè)備或終端效果設(shè)備，用以直接抓取工件或工具。特殊的工具，如焊槍、噴槍、電鉆、電動(dòng)螺絲、螺絲等，都可以用作特殊的手。工業(yè)機(jī)器人所用的雙手有機(jī)械式、真空式、磁式和粘性式。腕部是將雙手和手臂連接起來(lái)的一種裝置，用于支持和調(diào)節(jié)終端的位置，并決定物體的位置。臂部用于支撐手腕的零件，包括操作者的動(dòng)力鉸鏈和連接件，用于承載工件和刀具的載荷，改變其空間位置，并將其傳送到指定的位置。機(jī)身也被稱作支柱，它是用于增加手臂運(yùn)動(dòng)范圍的支架。底座和行走機(jī)構(gòu)是整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的基本部件，用于決定和變更整個(gè)機(jī)器人的位置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)焊接機(jī)器人的動(dòng)力源，包括驅(qū)動(dòng)器、減速器和探測(cè)部件。焊接機(jī)器人的精確度和完成任務(wù)的速度取決于硬件系統(tǒng)，而機(jī)器人的操作方式、操作控制的方便程度取決于其軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)可以劃分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是由機(jī)械人生產(chǎn)廠家提供的，與機(jī)器人相似的操作系統(tǒng)，可以為機(jī)器人提供各種指令和方式。本軟件由使用者撰寫(xiě)，是一種執(zhí)行某項(xiàng)具體工作的程式。其功能包括：與機(jī)器人進(jìn)行交流，為其提供指令、程序環(huán)境、監(jiān)視和管理，以及對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)系統(tǒng)的軟件功能，可以將系統(tǒng)的軟件劃分為等級(jí)。軟件等級(jí)是區(qū)分其優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是同步的，同時(shí),也是基于系統(tǒng)軟件的等級(jí)體系。

1.3工作站（單元）

在整個(gè)焊接過(guò)程中，若工件不需進(jìn)行移動(dòng)，可采用夾具將其緊固到工作臺(tái)上。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于焊接過(guò)程中存在著大量的變形，使得焊縫處于最佳位置（姿勢(shì)）。在此條件下，可將移位機(jī)和機(jī)械手分開(kāi)移動(dòng)，也就是在移位機(jī)上進(jìn)行移位，然后進(jìn)行機(jī)器人的重新焊接；也可以是同步移動(dòng)，也就是移動(dòng)機(jī)器人和移動(dòng)機(jī)器人的同步移動(dòng)。此時(shí)，由于機(jī)械臂的移動(dòng)和機(jī)械臂的復(fù)合動(dòng)作，使得焊槍的運(yùn)動(dòng)達(dá)到了與焊縫軌跡和焊槍姿態(tài)一致的目的。事實(shí)上，此時(shí)，變位機(jī)的軸已經(jīng)變成了機(jī)器人的一部分，這樣的焊接機(jī)器人系統(tǒng)可以有7～20根或者更多的軸線。最新的機(jī)械手控制箱可能是由兩個(gè)機(jī)械手組成，在12個(gè)軸線上進(jìn)行協(xié)同動(dòng)作。一臺(tái)為焊接機(jī)器人，一臺(tái)為移動(dòng)機(jī)器人。

1.4生產(chǎn)線

焊接機(jī)器人流水線是由多個(gè)工位（單元）通過(guò)工件傳輸線路相連而構(gòu)成的流水線。該流水線仍保留了單一工位的特性，即每臺(tái)僅可使用所選工件夾和焊接機(jī)械手的程式，并在變更工裝和工序前，不得再焊其它工件。還有柔性焊接生產(chǎn)線。軟線還包含多個(gè)工位，不同之處在于，被焊工件都裝卡于一種固定的板架上，而軟線可與任何一種機(jī)械相結(jié)合，并可自行鎖定。焊接機(jī)器人系統(tǒng)首先識(shí)別出貨盤的號(hào)碼或貨品，并在焊接時(shí)將其卸下。通過(guò)這種方式，每個(gè)零件都能進(jìn)行無(wú)調(diào)整的焊接。在焊接軟線上，通常有一條軌道式的子母車，它能把已經(jīng)完成的工件從儲(chǔ)存工位卸下來(lái)，再送到有空位的焊工工作站。也可以把焊接好的工件從工作臺(tái)上移出，然后送到已加工的零件上。整個(gè)柔性焊接生產(chǎn)線由單臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。因此，在一天內(nèi)，將大量的零件裝配好，放到倉(cāng)庫(kù)中，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人操作。根據(jù)工廠的特殊情況和需要，選擇什么樣的自動(dòng)化生產(chǎn)方法。專用焊機(jī)主要用于批量大、修改速度慢、焊縫數(shù)量少、長(zhǎng)、形狀規(guī)則（直線、圓形）的產(chǎn)品；通常，采用機(jī)器人進(jìn)行焊接，適合中、小批量生產(chǎn)，且焊縫數(shù)量較少。特別是在產(chǎn)品種類繁多、批量極小的場(chǎng)合，而目前國(guó)外公司正積極推行“無(wú)（少）貨”“JIT”的管理模式，在此背景下，采用柔性焊絲更合適。

2工業(yè)機(jī)器人在裝備制造加工及大型行業(yè)中的應(yīng)用

在中國(guó)現(xiàn)代裝備制造業(yè)發(fā)展中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)能夠充分適應(yīng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與提高時(shí)間效率發(fā)展的實(shí)際需要，并滿足對(duì)高柔性物料機(jī)器人的快速加工制造需求，具備生產(chǎn)效率更高、成本低、柔性能好用等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以完全取代現(xiàn)有傳統(tǒng)機(jī)器人的加工設(shè)備。和傳統(tǒng)CNC、FMC機(jī)等工業(yè)其他輔助加工輔助裝置相比，工業(yè)機(jī)器人具有的綜合使用維護(hù)成本相對(duì)較低、智能化集成程度相對(duì)較高、靈活性相對(duì)較高強(qiáng)、安裝占用空間相對(duì)較小等優(yōu)勢(shì)，能夠適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的要求，能夠適應(yīng)多品種、小批量、現(xiàn)場(chǎng)加工的要求。在實(shí)際的裝備板材加工中，采用工業(yè)機(jī)器人是為了減少加工困難、提高加工效率、提高加工精度等目的。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1對(duì)某些非直線的坡口進(jìn)行加工

以提高加工效率與精確性在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證板材在焊接過(guò)程中的熔融，要對(duì)其進(jìn)行切削加工。有些直角的斜面可以采用導(dǎo)軌式切削機(jī)和銑削機(jī)來(lái)完成，但有些不是直線的坡口則需要采用斜面機(jī)械來(lái)實(shí)現(xiàn)，以提高其加工效率和精確度。

2.2加工某些具有兩面或多邊形的零件

以提高生產(chǎn)率在生產(chǎn)過(guò)程中，一些板材材料要求雙面或多邊形的坡口，這些要求進(jìn)行兩面或多邊形加工的工件又可分為非直型和直線型兩種。在確定加工過(guò)程中，非直線坡口件的選擇是由機(jī)械手來(lái)完成；在確定直角或多邊形坡口的時(shí)候，可以選用銑邊機(jī)、導(dǎo)軌切割機(jī)和切割機(jī)。在采用銑邊機(jī)時(shí)，在加工兩面或多邊形的直線斜角時(shí)，需要對(duì)工件進(jìn)行多次的翻轉(zhuǎn)和裝夾；在采用導(dǎo)軌切削機(jī)床時(shí)，需要多次調(diào)整，從而降低了工作效率。采用斜槽切削機(jī)械手進(jìn)行切削時(shí)，由于該機(jī)械手能靈活地調(diào)節(jié)多個(gè)角度，不需要對(duì)工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、重新裝夾，只需要一次裝夾就能完成多個(gè)坡口的加工，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

2.3對(duì)一些鈑金件成形后進(jìn)行切割余料加工

以提高產(chǎn)品切割余料的精度板材板件在彎曲時(shí)，因工藝尺寸的限制，部分產(chǎn)品的折彎線至邊角距離過(guò)短時(shí)需添加余料，在彎折完成后移除；有的工件在彎折線附近有長(zhǎng)孔或圓孔，為了避免彎曲時(shí)出現(xiàn)孔洞變形，要添加多余的材料：一些工件的邊沿不規(guī)則，需在加工后添加余料進(jìn)行折彎。這些零件在彎曲后要切掉剩余的部分。此外，有時(shí)還可以利用切割機(jī)器人對(duì)管道的相貫線進(jìn)行下料等。

2.4船舶制造中應(yīng)用

船用焊接技術(shù)是現(xiàn)代造船制造的技術(shù)核心，其焊接工時(shí)間約占船舶項(xiàng)目總工時(shí)間的30%～40%，而焊接費(fèi)用則占船舶項(xiàng)目總費(fèi)用的30%～50%。焊縫品質(zhì)將是反映整個(gè)造船品質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵因素，其焊縫效率也將直接關(guān)系到整個(gè)制造周期以及整體施工費(fèi)用。所以，焊縫自動(dòng)化將成為船舶工業(yè)的一個(gè)主要方面，同時(shí)，也是影響整個(gè)造船工業(yè)的一個(gè)主要方面，并且隨著焊縫技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這種發(fā)展趨勢(shì)也將會(huì)越來(lái)越明顯。

2.5工程機(jī)械中的應(yīng)用

在工程機(jī)械領(lǐng)域，各類工程機(jī)械零件中，焊接機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。例如，挖掘機(jī)的動(dòng)臂、斗桿、挖斗、X型起重機(jī)、主平臺(tái)、履帶梁等，此外，還有裝填手的前后車架、自動(dòng)手之間、推土機(jī)后橋箱、站臺(tái)門方柜、構(gòu)架、前車架、后轉(zhuǎn)向機(jī)、支腿，以及履帶起重機(jī)、泵車、平地機(jī)以及攤鋪機(jī)等，設(shè)備與重點(diǎn)部位的連接上也有了專用的焊接機(jī)器人——變位機(jī)集成系統(tǒng)。該技術(shù)具備安全可靠的特性，具備電弧追蹤、接觸傳感、焊縫專家系統(tǒng)等智能特性，有效地緩解了中厚鋼板焊接技術(shù)中工件體積大、焊接腳體積大、焊接斜坡處加工的工件組對(duì)精度不夠的難題。

2.6煤炭機(jī)械行業(yè)應(yīng)用

在小型煤礦的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，合理地應(yīng)用各種機(jī)械性技術(shù)，不經(jīng)濟(jì)但卻能夠有效提升礦山開(kāi)發(fā)的效益，降低企業(yè)人工的作業(yè)投入量，減少了企業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)，也能夠較大幅度地降低礦山事故災(zāi)害的發(fā)生率。近年來(lái)，隨著中國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步迅速發(fā)展，機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)水平日益提高，礦井作業(yè)的綜合機(jī)械化的程度隨之也在逐漸提高。煤礦設(shè)備具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接工藝復(fù)雜、品種少、生產(chǎn)規(guī)模大等問(wèn)題。如果用傳統(tǒng)的機(jī)器人來(lái)進(jìn)行自動(dòng)焊接，不僅效果不理想，而且還不能提高工作效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多公司都在電弧焊機(jī)器人的應(yīng)用上進(jìn)行了合作，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了30多種不同類型的自動(dòng)焊接，包括推桿、連桿、頂梁、底座、中間槽等。在此基礎(chǔ)上，完成了液壓支架的自動(dòng)制造和自主研發(fā)，并將大量的焊接機(jī)器人設(shè)備投入大型液壓支架零件的制造中。針對(duì)目前生產(chǎn)中出現(xiàn)的品種多、批量少的問(wèn)題，川崎機(jī)器人開(kāi)發(fā)的離線軟件可以輕松高效地解決。

3焊接工機(jī)器人智能化發(fā)展的趨勢(shì)

在工程機(jī)械工業(yè)中，在各種工程機(jī)械零件中，焊接機(jī)器人的使用日益廣泛。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，具有電弧跟蹤、接觸傳感、焊接專家數(shù)據(jù)庫(kù)等智能化特點(diǎn)，有效地解決了焊接過(guò)程中工件尺寸大、焊腳尺寸大、焊坡口加工和工件組對(duì)精度差等問(wèn)題。隨著焊接機(jī)器人的使用越來(lái)越廣泛，它的自動(dòng)化、智能化程度也越來(lái)越高。近年來(lái)，隨著機(jī)器人焊接技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，從生產(chǎn)效率、精度要求、可操作性和適應(yīng)性等方面都顯示出了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

3.1機(jī)器人示教再現(xiàn)與離線編程技術(shù)

目前，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的焊接機(jī)器人大多采用示教復(fù)制或離線編程的方法來(lái)完成焊接操作，在采用某種感知技術(shù)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接機(jī)器人的基本要求，但是它的智能化水平還很高，主要包括示教、自動(dòng)規(guī)劃焊接路徑規(guī)劃、自動(dòng)生成焊接任務(wù)參數(shù)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊接工作站離線編程等。

3.2焊接過(guò)程傳感與適應(yīng)性控制技術(shù)

焊接機(jī)器人可以通過(guò)感知、提取、加工環(huán)境，并通過(guò)視覺(jué)、觸覺(jué)等感知信息，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，并能根據(jù)環(huán)境的改變，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、自動(dòng)跟蹤焊縫等。高智商的機(jī)器人必須具備判斷、融合和決策的能力。未來(lái)的焊接智能化發(fā)展趨勢(shì)是在復(fù)雜的工作環(huán)境下，更加靈活地進(jìn)行各種復(fù)雜的工作。

3.3用于焊接工作站/生產(chǎn)線的多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)

利用多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)技術(shù)，將多個(gè)作業(yè)或焊接作業(yè)與定位、安裝、檢測(cè)等作業(yè)結(jié)合起來(lái)，可以大幅提升生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量，降低人工干預(yù)，使生產(chǎn)空間更加緊湊。同時(shí)，對(duì)多個(gè)參與操作的機(jī)械手或移動(dòng)軸進(jìn)行協(xié)同控制，在工藝過(guò)程中避免了它們之間的運(yùn)動(dòng)干擾和碰撞，從而提高了生產(chǎn)的安全性，降低了生產(chǎn)線出現(xiàn)故障的概率。

3.4用于極限環(huán)境的焊接機(jī)器人遙控技術(shù)在核、太空、深海環(huán)境等許多特種作業(yè)環(huán)境條件中，焊接的工作都要用遠(yuǎn)距離的控制和機(jī)器人操作進(jìn)行，而在極端環(huán)境條件下，輻射、氣壓、水壓、重力、高溫腐蝕等諸多因素帶來(lái)的環(huán)境特殊性，導(dǎo)致了焊接的工作環(huán)境從焊接機(jī)器結(jié)構(gòu)、電氣的設(shè)計(jì)、傳感、控制、工藝操作等各方面均有了很好的解決辦法。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，焊接機(jī)器人在機(jī)械、電氣、電控和自動(dòng)化等方面都有廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)焊接機(jī)器人的構(gòu)成和運(yùn)動(dòng)分析研究，可以對(duì)詳細(xì)運(yùn)動(dòng)有一定了解，對(duì)以后的分析研究有一定幫助，通過(guò)對(duì)其在裝備制造及大型行業(yè)的應(yīng)用分析，對(duì)目前的焊接機(jī)器人有一定認(rèn)識(shí)，對(duì)以后的應(yīng)用分析延伸提供方向，對(duì)其目前及未來(lái)發(fā)展方向和技術(shù)分析得出前沿研究重點(diǎn)，對(duì)以后科研深入研究和企業(yè)應(yīng)用都有一定的指導(dǎo)意義。

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作者:王林 馬世強(qiáng) 單位:新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)興新職業(yè)技術(shù)學(xué)院