我國焊接機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

焊接作為工業(yè)“裁縫”，是汽車工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，焊接質(zhì)量的好壞對產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的影響，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣。隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化、柔性化與智能化已經(jīng)成為必然趨勢，采用機器人焊接已經(jīng)成為焊接技術(shù)自動化的主要標(biāo)志。

焊接機器人應(yīng)用的意義

（1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量 焊接過程中焊縫焊接參數(shù)都是恒定的，同時減少焊槍抖動等不利因素，保證焊縫的均勻穩(wěn)定性，提高焊接質(zhì)量。

（2）提高生產(chǎn)效率 焊接機器人可以24h不間斷工作，同時隨著機械制造技術(shù)及自動化技術(shù)的發(fā)展，機器人焊接效率的提高將更加明顯。

（3）降低工人勞動強度?采用機器人焊接，工人只需要裝卸工件，遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等。對于點焊來說，工人無需搬運笨重的手工焊鉗，使工人從高強度的體力勞動中解脫出來。

（4）降低工人操作技術(shù)要求 焊接機器人的應(yīng)用，降低了對工人焊接技術(shù)的要求，工人只需要對焊接參數(shù)進行調(diào)整，機器人便可按照指示要求進行工作。

（5）柔性化程度高 縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資；可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化；機器人與專機的最大區(qū)別就是可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。

點焊機器人

在我國，點焊機器人約占焊接機器人總數(shù)的46%，主要應(yīng)用在汽車、農(nóng)機、摩托車等行業(yè)。通常，裝配一臺轎車的白車身要焊接4000～6000個焊點，只有以機器人為核心組成柔性焊裝生產(chǎn)線，才能完成大批量的生產(chǎn)綱領(lǐng)和適應(yīng)未來新產(chǎn)品開發(fā)與多品種生產(chǎn)的發(fā)展要求，增強企業(yè)應(yīng)變能力。圖1為哈爾濱工業(yè)大學(xué)和奇瑞汽車有限股份公司聯(lián)合開發(fā)的“QH－165點焊機器人” 。

1.點焊機器人的基本組成

點焊機器人分為三部分，即機器人本體、控制系統(tǒng)及點焊焊接系統(tǒng)。

點焊機器人本體主要由機體、臂、手（手指）組成。通用點焊機器人具有六個自由度，即機體腰的回轉(zhuǎn)、肩（臂和機體連接處）的仰俯、肘（各段臂連接處）的屈伸和腕（臂與手連接處）三個方向的轉(zhuǎn)動。前三個自由度使手（手指）抓持的工具如焊鉗達到一定位置，后三個自由度再由手腕運動使焊接工具以一定角度（姿勢）對準(zhǔn)焊件。

點焊機器人的控制系統(tǒng)由本體控制部分及焊接控制部分組成。本體控制部分主要實現(xiàn)示教再現(xiàn)、焊點位置及精度控制。位置控制有兩種方式：一種為PTP控制，又稱為點位控制或點到點控制，只注意原始點和目標(biāo)點的位置，經(jīng)由何種途徑到達目標(biāo)點并無要求；另一種為CP控制，即連續(xù)路徑控制或輪廓控制。這時不僅要求目標(biāo)點的位置，而且所經(jīng)由的軌跡也要符合要求。

焊接控制部分除了控制電極電壓、通電焊接、維持等各程序段的時間及程序轉(zhuǎn)換以外，還通過改變主電路晶閘管的導(dǎo)通角而實現(xiàn)焊接電流的控制。焊接系統(tǒng)主要由焊接控制器、焊鉗及水、電、氣等輔助部分組成。

弧焊機器人

弧焊機器人的研究已經(jīng)歷了三個階段：示教再現(xiàn)、離線編程和自主編程的智能機器人，當(dāng)前的應(yīng)用水平處于第二階段。我國也從20世紀(jì)70年代初開始注重機器人技術(shù)的研究，但在機器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面仍遠遠落后于工業(yè)發(fā)達國家。國內(nèi)主要有兩個機器人制造公司，即首鋼莫托曼機器人有限公司和新松機器自動化股份有限公司，圖2為首鋼莫托曼弧焊機器人。

1.弧焊機器人的基本組成

弧焊機器人可以應(yīng)用在所有電弧焊、切割技術(shù)范圍及類似的工藝方法中。常用的有鋼的熔化極火星氣體保護焊（CO2氣體保護焊、MAG焊），鋁及特殊合金熔化極惰性氣體保護焊（MIG），鎢極惰性氣體保護焊（TIG）以及埋弧焊。弧焊機器人的基本構(gòu)成包括機械手、控制系統(tǒng)，焊接裝置和焊件夾持裝置。夾持裝置上有兩組可以輪番進入機器人工作范圍的旋轉(zhuǎn)臺。機械手又稱操作機，是弧焊機器人的操作部分，由它直接帶動焊槍實現(xiàn)各種運動和操作。其機構(gòu)形式主要有機床式、全關(guān)節(jié)式和平面關(guān)節(jié)等形式。

控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)示教再現(xiàn)、位置及精度控制。位置控制主要是通過直線插補和圓弧插補實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，而且在運動軌跡的每一點都必須實現(xiàn)預(yù)定的姿態(tài)。另外，控制系統(tǒng)還必須能與焊接電源通信，設(shè)定焊接參數(shù)，對起弧、熄弧、通氣、斷氣及焊絲用盡等狀態(tài)進行檢測，對焊縫進行跟蹤，并不斷填充金屬形成焊縫。精度一般可控制在±（0.2～0.5）mm。復(fù)雜的機器人系統(tǒng)還有引弧失敗可以重復(fù)引弧、斷弧再引弧、解除粘絲、搭接縫搜索、多層焊接、擺動焊接以及焊縫的電弧跟蹤活視覺跟蹤功能。

結(jié)語

目前，中國已有500臺左右的焊接機器人分布于各大中城市的汽車、摩托車、工程機械等制造業(yè)，其中45%左右為點焊機器人，55%為弧焊機器人，已經(jīng)建成的機器人焊接柔性生產(chǎn)線五條，機器人焊接工作站300個（主要包括車后橋機器人焊接工作站、工程機械機器人焊接工作站、合金油箱機器人焊接工作站、拖車車架焊接機器人系統(tǒng)、柔性機器人焊接系統(tǒng)、火焰切割機器人工作站等）。

由于我國工業(yè)機器人的研究和開發(fā)較晚，使得我國整體落后于歐美和日本等國家。面對當(dāng)今經(jīng)濟形式，必須通過引進、消化和吸收一些現(xiàn)有的先進技術(shù)，盡快縮短與國外的差距。通過應(yīng)用研究和二次開發(fā)，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和關(guān)鍵設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，提高我國制造業(yè)在國際上的地位。