焊接机器人技术的应用研究与发展

董云菊（云南机电职业技术学院,昆明 650203）

焊接机器人技术的应用研究与发展

董云菊
（云南机电职业技术学院,昆明 650203）

摘 要：焊接机器人是现代工业生产的重要加工手段，是焊接自动化的主要标志。本文从焊接机器人的应用现状、焊接机器人的技术研究、焊接机器人的发展及展望三个方面进行了介绍，对后续焊接机器人的研究具有一定参考价值。

关键词：焊接机器人；智能化；技术研究

机器人技术是一种目前发展前景比较可观的高新技术，它融合了机械技术、控制技术、电子技术等多种现代先进技术。焊接机器人经历了示教再现型机器人到可感知机器人，到现在的智能型机器人三个阶段。焊接被赋予了现代工业 “裁缝”的称号，是工业生产的重要加工手段。焊接弧光、金属飞溅、烟尘等因素导致焊接的工作环境非常恶劣，随着现代先进技术的日新月异，制造自动化、柔性化、智能化逐渐成为焊接技术的主要发展方向，焊接机器人已发展为焊接技术自动化的主要标志。

1 焊接机器人的应用现状

1.1 在汽车生产中的应用

随着我国汽车制造业的发展，各种工业机器人在汽车生产线大显神威它们使现代的汽车生产实现了自动化，焊接机器人在汽车制造中的应用越来越广泛，弧焊焊接机器人、点焊机器人和机器人自动生产线在汽车生产中的应用已比较普遍。包括汽车底盘、车身、座椅、汽车零部件等的焊接机器人的使用，加快了汽车行业从劳动密集型向技术密集型的转变。

1.2 在工程机械中的应用

国内工程机械行业在20世纪90年代中期开始引入焊接机器人，目前工程机械行业主要机种适合机器人焊接的构件大部分都已实现了机器人焊接，如挖掘机、起重机、装载机和推土机等。随着工程机械企业国际化程度的不断提高，焊接机器人的优势越来越明显，国内使用焊接机器人的工程机械行业也越来越广泛。

1.3 在船舶工业中的应用

早在20世纪70年代、日本已开始尝试在船舶制造中采用焊接机器人技术，随后韩国、美国等国家也纷纷投入到船舶焊接机器人技术的研究及应用中来，我国船舶焊接机器人的应用研究起始于20世纪80年代末，但目前仍然以引进为主。造船焊接机器人系统涉及技术面广且比较复杂，为推动我国船舶行业的大力发展，需从实际生产情况出发，走产学研发展道路，全面解决焊接机器人系统在船舶工业中合理及正确应用问题。

1.4 在其他领域中的应用

随着焊接机器人技术的不断发展，其应用领域也在不断扩展，除在汽车制造、工程机械、船舶生产行业应用外，在其他领域如摩托车、电气、自行车、航空航天、机车等领域的应用也越来越广泛。

2 焊接机器人技术的研究

2.1 焊缝跟踪技术

焊接机器人施焊过程中，由于强弧光辐射、飞溅、工件表面状况、焊接环境等因素，使焊炬与焊缝偏离，影响焊接质量。焊缝跟踪技术就是根据实际焊接条件的变化实时进行焊缝检测，自动识别并跟踪焊缝，准确定位焊缝的起始点及其他参考点。通过电弧传感器达到控制电压目的并进而实现焊枪跟随焊缝位置的自适应的控制，再通过调整焊接工艺参数和焊缝路径，最终实现焊接质量的控制。随着近代神经网络和模糊数学应用于焊缝跟踪系统，焊缝跟踪技术逐渐进入了智能跟踪时代。

2.2 离线编程与路径规划技术

机器人离线编程系统可以说是机器人编程语言的拓展，采用计算机图形学及相关规划算法，建立起机器人与工作环境间的模型，并对图形进行操作和控制。焊接机器人焊接时，根据焊接任务、焊接路径及焊接参数进行轨迹规划，完成焊接任务，从而产生焊接机器人程序。这种技术编程的效率和质量高，智能化程度也较高，正向着全自动编程方向发展。

2.3 专用弧焊电源技术

焊接系统包括弧焊和点焊系统，其核心是焊接电源和推行机构，研制出电气综合性能良好的专用弧焊电源对焊接机器人尤为重要。近年来，电子技术尤其是控制技术和计算机应用技术的飞速发展，为弧焊机器人专用弧焊电源的研究开辟了广阔的新天地。借助微处理机和反馈控制系统进行精密控制，包括对电源的静、动特性的无极控制、短弧焊和脉冲焊时电流、陡度及短路电流的优化可使弧焊机器人在焊接过程中达到高稳定性和高质量的焊接效果。

2.4 遥控焊接技术

遥控焊接技术是指焊接机器人在及其恶劣的环境中，如核辐射、深水、有毒的高危环境中，人在离开操作现场的情况下，对焊接机器人进行操作和远程控制，完成焊接工作任务。实现操作者及机器人的人机交互控制，是当代遥控机器人追求的最终目标。遥控焊接技术可以说是目前最高意义上的焊接自动化、智能化，目前正想着实用化的方向发展。

2.5 多机器人协调控制技术

为完成某一项任务，若干个机器人通过合作、协调组成一体的系统称为多机器人系统，主要包含多机器人合作、多机器人协调两个方面的内容。当多机器人系统接到某项特定的焊接任务时，需考虑如何组织多个机器人去完成各项任务，在确定机器人各自的关系和任务基础上，最主要的任务是保持多个机器人间运动的协调一致性。多智能系统主要研究各个相对独立的、分散的智能子系统，怎样在一定网络环境中进行相互合作、共同去完成一个或多个焊接任务，是实现多机器人协调控制最有力的工具。

2.6 特种机器人焊接技术

对于航天深海作业、管道内外焊接等危险、恶劣及特殊环境，传统的关节式焊接机器人无法完成焊接，研究新型的特种焊接机器人显得尤为重要，如管道焊接机器人、深海焊接机器人、军用焊接机器人、空间焊接机器人等将更能满足各个应用领域的特殊要求，使焊接机器人技术呈现出更加广阔的发展空间，对社会与生产力的发展发挥了重大的推动作用。

3 焊接机器人的发展及展望

焊接机器人在高效率高质量焊接生产领域发挥了相当重要的作用，工业机器人的研究、发展及应用，很大程度推动了世界工业技术进步的步伐，近几年来，焊接机器人技术的研究与应用取得了很大的突破。神经网络技术、模糊控制技术、智能控制技术、嵌入式控制技术、视觉控制技术以及工业生产系统的不断发展、给焊接机器人系统带来了新的发展及挑战。如何将这些新技术的最新研究成果成功应用与焊接机器人技术，并推动其发展，将是未来焊接机器人技术研究的主要方向，需要我们继续去探索、研究及实践。

参考文献：

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[4]唐新华.焊接机器人的现状及发展趋势[J].电焊机,2006(03).

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