張曉晨 林程英

摘要：機(jī)器人焊接是焊接行業(yè)的突破性進(jìn)步。它相對于傳統(tǒng)的焊接剛性自動化方式而言，是一種柔性的自動化新方式。

關(guān)鍵詞：焊接智能化;智能化焊接機(jī)器人;技術(shù)研究

引言

機(jī)器人制造是一種新興的現(xiàn)代制造技術(shù)，對高技術(shù)產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域以及人們的生活產(chǎn)生了重要影響。焊接機(jī)器人是應(yīng)用最廣泛的一類工業(yè)機(jī)器人，在全世界的工業(yè)機(jī)器人比例中大約占總數(shù)的60%以上。我國目前大約有700臺以上的焊接機(jī)器人用于點(diǎn)焊和弧焊。機(jī)器人焊接是焊接行業(yè)的突破性進(jìn)步。它相對于傳統(tǒng)的焊接剛性自動化方式而言，是一種柔性的自動化新方式。這樣柔性主要表現(xiàn)在，想要讓焊接機(jī)器人完成一項焊接任務(wù)，只需焊工給它做一次示范，它就可以模仿人的每一步動作。若要機(jī)器人去做另一項任務(wù)，不需要改變硬件，對它再作一次示范就可以了。機(jī)器人的這種性能，讓小批量不同產(chǎn)品的自動化焊接成為了可能。而剛性自動化焊接設(shè)備一般都是專用的，只能完成一種焊接任務(wù)，通常用于中、大批量焊接產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)。

1.焊接機(jī)器人系統(tǒng)的組成部分

1.1 機(jī)械手臂。別名操作機(jī)，是焊接機(jī)器人的操作部分，由它直接帶動末端焊槍飛點(diǎn)焊鉗實現(xiàn)各種操作，它的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，根據(jù)實際需要，其追求的目標(biāo)是高質(zhì)量、高靈活性。

（1）關(guān)節(jié)式手臂是通用焊接機(jī)器人的最常見結(jié)構(gòu)，通常有六個或更多的運(yùn)動軸。關(guān)節(jié)式手臂的優(yōu)勢在于它的靈活性高，而且能夠到達(dá)手工焊接難以到達(dá)的區(qū)域。

（2）直角坐標(biāo)式手臂是另外一種結(jié)構(gòu)，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圍的場合。

（3）機(jī)床式手臂這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)類似機(jī)床。這種形式的機(jī)械手優(yōu)點(diǎn)是精度高，缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)笨重，占地面積大。簡易焊接機(jī)器人常采用這種形式

1.2 焊接部件。（1）對于電阻焊來說，機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要一個便攜式的電阻焊槍。對于電阻焊槍，有兩方面的要求。因為焊槍需要重復(fù)操作，保證它的堅固性是很重要的。不過，焊槍也必須是緊湊且可靈活操縱的。

（2）對于電弧焊接來說，輸出穩(wěn)定的弧焊電源是必不可少的。

（3）對于激光焊接來說，一系列傳輸激光的鏡片是必要的。激光束沿著機(jī)器人手臂傳輸?shù)焦ぷ髋_，二氧化碳激光通過一系列鏡片傳輸。而一些特別的激光束，如光纖激光，需要利用柔韌的光纖光纜傳輸。

1.3 機(jī)器人控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)有3個部分組成。

（1）操作界面。焊接機(jī)器人系統(tǒng)最起碼需要有生產(chǎn)操作界面與示教編程界面。前者用于選擇一個特定的已編程作業(yè)，后者用于允許示范和檢查焊接操作。

（2）位置控制部分。通過驅(qū)動三個或更多的執(zhí)行器，機(jī)器人手臂的末端可以在三維環(huán)境中跟隨任意路徑。

（3）功能控制部分。這部分以一種可控的方式來協(xié)調(diào)控制機(jī)械手臂的運(yùn)動和所要求焊接的功能。

2.點(diǎn)焊機(jī)器人具體分析

（1）點(diǎn)焊機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域

點(diǎn)焊機(jī)器人的典型應(yīng)用領(lǐng)域是汽車工業(yè)。一般裝配每臺汽車車體大約需要完成3000―4000個焊點(diǎn)，而其中絕大部分是由機(jī)器人完成的。

（2）點(diǎn)焊機(jī)器人的分類、特征以及用途

1）垂直多關(guān)節(jié)落地式，工作空間/安裝面積之比大，持重多數(shù)為1000N左右，有時還可以附加整機(jī)移動自由度，主要用于增強(qiáng)焊點(diǎn)作業(yè)。

2）垂直多關(guān)節(jié)懸掛式，工作空間均在機(jī)器人的下方，主要用于車體的拼接作業(yè)。

3）直角坐標(biāo)型，多數(shù)為4、5軸，適合于連續(xù)直線焊縫，價格便宜。

4）定位焊接用機(jī)器人，可以承受1000KG加壓反力的高剛度機(jī)器人。有些機(jī)器人本身帶加壓功能，主要用于車身底板的定位。

（3）點(diǎn)焊機(jī)器人的組成部分

點(diǎn)焊機(jī)器人雖然有多種結(jié)構(gòu)形式，但大體上都可以分為3大組成部分，即機(jī)器人本體、點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。目前應(yīng)用較廣的點(diǎn)焊機(jī)器人，其本體形式為直角坐標(biāo)簡易型及全關(guān)節(jié)型。前者可具有1～3個自由度，焊件及焊點(diǎn)位置受到限制;后者具有5～6個自由度，分DC伺服和AC伺服兩種形式，能在可到達(dá)的工作區(qū)間內(nèi)任意調(diào)整焊鉗姿態(tài)，以適應(yīng)多種形式結(jié)構(gòu)的焊接。

3.激光焊接機(jī)器人具體分析

激光焊接機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域由于現(xiàn)在的電子裝置、數(shù)碼產(chǎn)品向著微型化發(fā)展，集成電路元件的引腳間距變得越來越小，部件之間的空間也越來越小。激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)就被應(yīng)用于手機(jī)，筆記本電腦，數(shù)字相機(jī)的微小部件焊接。而且，在航空航天軍工制造，高端汽車部件制造領(lǐng)域，激光焊接機(jī)器人也有應(yīng)用。

4.焊接機(jī)器人的二次開發(fā)（智能化）

一般工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的焊接機(jī)器人大都是示教再現(xiàn)型的，這種焊接機(jī)器人對示教條件以外的焊接過程動態(tài)變化和隨機(jī)因素干擾等不具有適應(yīng)能力。這就需要對本體機(jī)器人焊接系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。通常包括給焊接機(jī)器人配置適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，柔性周邊設(shè)備以及相應(yīng)軟件功能。這些功能大大擴(kuò)展了基本示教再現(xiàn)焊接機(jī)器人的功能，從某種意義上講，這樣的焊接機(jī)器人系統(tǒng)已具有一定的智能行為。目前，這種焊接機(jī)器人智能化系統(tǒng)已成發(fā)展趨勢，現(xiàn)行機(jī)器人焊接智能化系統(tǒng)由以下幾部分組成（1）任務(wù)規(guī)劃技術(shù);（2）焊接環(huán)境等的傳感技術(shù);（3）協(xié)調(diào)控制技術(shù);（4）人機(jī)交互界面：（5）機(jī)器人控制技術(shù)。

5.焊接機(jī)器人與人工焊接比較

在西方發(fā)達(dá)國家，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人的價格指數(shù)在不斷地降低，而相反的是，勞動力成本的持續(xù)提高為企業(yè)帶來了很大的壓力。雖然焊接機(jī)器人的價格依舊高于勞動力，但它只是一次性投資比較大，而工人在焊接中可能遇到事故，這都需要企業(yè)來賠償，高質(zhì)量的焊接機(jī)器人發(fā)生事故，造成損失的概率非常之效。所以采用焊接機(jī)器人帶來的利潤比采用人力才來的利潤大。而且，焊接機(jī)器人的焊接接頭質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是人工焊接所能夠比擬的，采用焊接機(jī)器人，無疑能夠提高企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量。

結(jié)論

焊接機(jī)器人在追求高質(zhì)量、高效率的焊接生產(chǎn)中，發(fā)揮了不可替代的作用。近年來，焊接機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用在焊縫跟蹤、信息傳感、離線編程與路徑規(guī)劃、智能控制、電源技術(shù)、仿真技術(shù)、焊接工藝方法、遙控焊接技術(shù)等方面取得了許多突出的成果。隨著計算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，焊接機(jī)器人的視覺控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等將是未來研究的主要方向。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭明宇，王曉亮.智能化機(jī)器人在焊接技術(shù)中的實踐引用[J].電焊機(jī)，2015（11）.

[2]徐振東，張高亮.給予DSC工藝下的焊接機(jī)器人控制器設(shè)計[J].熱加工工藝，2015（12）.