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 摘要:介绍了焊接机器人技术的地位及优势,焊接机器人系统的组成,点焊、弧焊、激光焊接机器人以及二次开发,我国焊接机器人的发展和未来挑战。 
1 焊接机器人在焊接中的地位与优势 
   机器人制造是一种新兴的现代制造技术,对高技术产业各领域以及人们的生活产生了重要影响。焊接机器人是应用最广泛的一类工业机器人,在全世界的工业机器人比例中大约占总数的60%以上。我国目前大约有700台以上的焊接机器人用于点焊和弧焊。 
  机器人焊接是焊接行业的突破性进步。它相对于传统的焊接刚性自动化方式而言,是一种柔性的自动化新方式。这样柔性主要表现在,想要让焊接机器人完成一项焊接任务,只需焊工给它做一次示范,它就可以模仿人的每一步动作。若要机器人去做另一项任务,不需要改变硬件,对它再作一次示范就可以了。机器人的这种性能,让小批量不同产品的自动化焊接成为了可能。而刚性自动化焊接设备一般都是专用的,只能完成一种焊接任务,通常用于中、大批量焊接产品的自动化生产。
 
2 焊接机器人系统的组成部分 
   2.1 机械手臂 
  别名操作机,是焊接机器人的操作部分,由它直接带动末端焊枪飞点焊钳实现各种操作,它的结构形式多种多样,根据实际需要,其追求的目标是高质量、高灵活性。 
  (1)关节式手臂是通用焊接机器人的最常见结构,通常有六个或更多的运动轴。关节式手臂的优势在于它的灵活性高,而且能够到达手工焊接难以到达的区域。 
  (2)直角坐标式手臂是另外一种结构,它可以用于一些小型的高精度加工和一些需要大型的操作范围的场合。 
  (3)机床式手臂这种机械手结构类似机床。这种形式的机械手优点是精度高,缺点是机构笨重,占地面积大。简易焊接机器人常采用这种形式 
   2.2 焊接部件 
  (1)对于电阻焊来说,机器人的末端执行机构需要一个便携式的电阻焊枪。对于电阻焊枪,有两方面的要求。因为焊枪需要重复操作,保证它的坚固性是很重要的。不过,焊枪也必须是紧凑且可灵活操纵的。 
  (2)对于电弧焊接来说,输出稳定的弧焊电源是必不可少的。 
  (3)对于激光焊接来说,一系列传输激光的镜片是必要的。激光束沿着机器人手臂传输到工作台,二氧化碳激光通过一系列镜片传输。而一些特别的激光束,如光纤激光,需要利用柔韧的光纤光缆传输。 
   2.3 机器人控制系统 
  控制系统有3个部分组成。 
  (1)操作界面。焊接机器人系统最起码需要有生产操作界面与示教编程界面。前者用于选择一个特定的已编程作业,后者用于允许示范和检查焊接操作。 
  (2)位置控制部分。通过驱动三个或更多的执行器,机器人手臂的末端可以在三维环境中跟随任意路径。 
  (3)功能控制部分。这部分以一种可控的方式来协调控制机械手臂的运动和所要求焊接的功能。 
   3 点焊机器人具体分析 
   (1)点焊机器人的应用领域 
  点焊机器人的典型应用领域是汽车工业。一般装配每台汽车车体大约需要完成3000―4000个焊点,而其中绝大部分是由机器人完成的。 
  (2)点焊机器人的分类、特征以及用途 
  1)垂直多关节落地式,工作空间/安装面积之比大,持重多数为1000N左右,有时还可以附加整机移动自由度,主要用于增强焊点作业。 
  2)垂直多关节悬挂式,工作空间均在机器人的下方,主要用于车体的拼接作业。 
  3)直角坐标型,多数为4、5轴,适合于连续直线焊缝,价格便宜。 
  4)定位焊接用机器人,可以承受1000KG加压反力的高刚度机器人。有些机器人本身带加压功能,主要用于车身底板的定位。 
  (3)点焊机器人的组成部分 
  点焊机器人虽然有多种结构形式,但大体上都可以分为3大组成部分,即机器人本体、点焊焊接系统及控制系统。目前应用较广的点焊机器人,其本体形式为直角坐标简易型及全关节型。前者可具有1~3个自由度,焊件及焊点位置受到限制;后者具有5~6个自由度,分DC伺服和AC伺服两种形式,能在可到达的工作区间内任意调整焊钳姿态,以适应多种形式结构的焊接。 
   4 激光焊接机器人具体分析 
   激光焊接机器人的应用领域由于现在的电子装置、数码产品向着微型化发展,集成电路元件的引脚间距变得越来越小,部件之间的空间也越来越小。激光焊接机器人系统就被应用于手机,笔记本电脑,数字相机的微小部件焊接。而且,在航空航天军工制造,高端汽车部件制造领域,激光焊接机器人也有应用。 
   5 弧焊机器人具体分析 
   (1)弧焊机器人的应用领域 
  由于弧焊在各种行业得到了普及,所以它在汽车、机械、金属等许多行业中都有应用。 
  (2)弧焊机器人的分类 
  从机构上划分,分为直角坐标型和关节型的弧焊机器人。 
  (3)弧焊机器人的组成部分 
  1)机器人机械手 
  2)周边设备弧焊机器人只是焊接机器人系统的一部分,还应有行进机构。通过这些机构来扩大工业机器人的工作范围。 
  3)焊接设备包括焊接电源和送丝机构 
  4)控制系统与外围设备的连接工业控制系统不仅要控制机器人机械手的运动,还需控制外围设备的动作、开启、切断以及安全防护。 
   6 焊接机器人的二次开发(智能化) 
   一般工业现场应用的焊接机器人大都是示教再现型的,这种焊接机器人对示教条件以外的焊接过程动态变化和随机因素干扰等不具有适应能力。这就需要对本体机器人焊接系统进行二次开发。通常包括给焊接机器人配置适当的传感器,柔性周边设备以及相应软件功能。这些功能大大扩展了基本示教再现焊接机器人的功能,从某种意义上讲,这样的焊接机器人系统已具有一定的智能行为。目前,这种焊接机器人智能化系统已成发展趋势,现行机器人焊接智能化系统由以下几部分组成(1)任务规划技术;(2)焊接环境等的传感技术;(3)协调控制技术;(4)人机交互界面:(5)机器人控制技术。 
   7 焊接机器人与人工焊接比较 
   在西方发达国家,随着技术的发展,焊接机器人的价格指数在不断地降低,而相反的是,劳动力成本的持续提高为企业带来了很大的压力。虽然焊接机器人的价格依旧高于劳动力,但它只是一次性投资比较大,而工人在焊接中可能遇到事故,这都需要企业来赔偿,高质量的焊接机器人发生事故,造成损失的概率非常之效。所以采用焊接机器人带来的利润比采用人力才来的利润大。而且,焊接机器人的焊接接头质量远远不是人工焊接所能够比拟的,采用焊接机器人,无疑能够提高企业的产品质量。 
   8 我国焊接机器人的发展与挑战 
   我国的工业机器人从863科技攻关开始起步,现在已基本掌握了焊接机器人的制造技术、控制系统和软件技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷涂、弧焊、点焊等机器人。但总的来看,我国的焊接机器人技术及其工程应用的水平与国外比还有一定的距离。第一是数量,根据统计,日本有将近40万的工业机器人,而我国,尚没有形成没有形成机器人产业。第二是批量大小,当前我国的机器人生产是根据单个用户的要求进行小批量生产,而国外在大型、成套装备方面有很大优势,并且在成套装备的高技术化方面,取得了巨大的进展。在崭新的21世纪第二个十年,面对新的机遇和挑战,不仅要紧跟世界科技发展的潮流,研究与开发具有自主知识产权的基础制造装备:而且,通过引进和消化,吸收一些现有的先进技术,站在巨人的肩膀上,尽快缩短和别人的差距。 
   9 结论 
   焊接机器人在追求高质量、高效率的焊接生产中,发挥了不可替代的作用。近年来,焊接机器人技术的研究与应用在焊缝跟踪、信息传感、离线编程与路径规划、智能控制、电源技术、仿真技术、焊接工艺方法、遥控焊接技术等方面取得了许多突出的成果。随着计算机技术、智能控制技术以及工业生产系统的不断发展,焊接机器人的视觉控制技术、模糊控制技术、虚拟现实技术等将是未来研究的主要方向。

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