焊接機器人的應用現狀與發展趨勢

談成成

摘 要：工業自動化的發展衍生出了一大批代替人類從事繁重危險工作的工業化機器人，而其中的焊接機器人則主要是代替焊工在機械等工業中進行工作的一種工業化機器人。本文主要針對焊接機器人現階段的應用狀況及其發展趨勢作一些探討，以期對讀者有所裨益。

關鍵詞：焊接機器人；應用現狀；發展趨勢

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A

一、焊接機器人概述

焊接技術是制造業中最重要的加工工藝技術之一，其廣泛應用于軌道交通、石油化工、航天電子以及建筑等行業。而隨著技術的革新及對于人的保護，在許多高危行業及部位的焊接工作開始大規模地制造和使用焊接機器人來代替焊工的工作。焊接機器人是工業機器人的一種，其主要是在機器人的末軸安裝焊鉗或焊槍，使之具備焊接、切割等功能。

焊接機器人由機器人和焊接設備兩個部分構成，通過人工遠程操控機器人進行焊接工作，可以實現在多種條件下的作業，免除了人工作業對于地形、溫度等方面的限制。然而焊接在機械制造工業中的地位舉足輕重，關系著整個設備的安全穩定，所以對于焊接機器人就要求：一要具有高精度的控制系統，保證其焊接工作的準確性；二要具有高度的靈活性，靈活性不是要求跟人一樣的靈活，是要保證其在工作中能夠自由調整焊鉗或焊槍的位置，除此之外，機器人的記憶系統還要儲存足夠的點位數據保證工作中的參數選擇。

焊接機器人應用于工業生產制造中具有以下幾個優點：一是其能保持穩定的工作狀態，提高焊接質量，只要前期規劃好焊接機器人工作的軌道以及工作的內容，在持續供電的情況下其工作狀態相對于人工來說十分穩定；二是在其穩定工作狀態下必然可以保證其勞動效率的提高，俗話說“像個機器人一樣工作”，焊接機器人一旦開始工作就不存在浪費時間的情況，勞動效率自然就會提高；三是可以改善工人的勞動條件，其不存在對于“生存”所需的苛刻條件，可以在人所不能工作的環境條件下保持工作狀態。當然，也必須要正視其存在的缺點：一是前期制造的技術條件等需要準備充分，一旦出現異常條件焊接機器人很容易就“罷工”了，不利于保持生產狀態；二是焊機機器人的日常維護工作煩瑣，不僅有機械方面的維護，還要對其預設的操作系統等軟件設施做好維護，機械方面的故障比較容易解決，而系統上的bug則會破壞機器人穩定工作的狀態，嚴重時甚至會出現宕機。

二、焊接機器人的應用現狀

（一）工作站

工作站是指焊接工藝相對簡單，焊接的點位固定，只需要將焊接機器人固定在工作臺上，通過傳送設備將需要焊接的設備送至焊接位即可，一般這類傳送設備也多采用工業機器人來代替。當然，對于一些需要簡單變位的焊接設備也可以通過移位機器人來對設備或者焊接機器人進行一些移位活動來保證焊接工藝的流暢銜接。而許多大型復雜的焊接技術則需要分類別流水線安裝焊接機器人來進行配合工作以完成整個工作，也稱為生產線，這將在下一個部分討論。就焊接機器人工作站的工作性質來說可以分為以下幾類：

（1）箱體焊接機器人工作站。這類工作站所使用的焊接機器人主要是針對箱柜行業中生產量大且對質量尺寸要求較高的箱體焊接，例如保險柜、保險箱以及大型集裝箱等。

（2）不銹鋼氣室焊接機器人工作站。主要針對的是不銹鋼的焊接工藝，由于不銹鋼在焊接過程中受熱變形的情況較多，所以要有針對性地采用激光焊接技術，主要包括焊接機器人、激光發射器、水冷設備以及激光掃描跟蹤設備等，針對少部分需要變位的焊接點還需要使用移位機器人。

（3）軸類焊接機器人工作站。這是為生產低壓電器行業里所必須的萬能式斷路器的轉軸焊接而專門研發的焊接機器人，其主要設備包括：焊接機器人、焊槍、移位機器人以及控制系統等。其目前被廣泛應用于電力電氣等需要高精度轉軸來帶動工作的焊接，相對于人工焊接技術來講，具有高精確性和較高的生產效率。

（4） 工作站在水下焊接上的應用。目前水下工程越來越發達，許多機械設備需要在水下現場焊接安裝，焊接機器人就可以利用所研發出的特殊材料在水下等人類焊工難以勝任的地方進行工作。

（二）生產線

生產線就是指把不同焊接功能的機器人按照流水線作業的方式連接起來，保持上下道焊接工序之間的銜接，而每個點位的焊接機器人只承擔特定的焊接工藝，各司其職，通過傳送設備將所需要焊接的設備準確送至下一道工序，直至完成整個焊接工作。通過這種生產線的方式來進行的焊接可以極大地減少企業在人力資源上的投資，同時也可以保證其工作時間的長期穩定而只需要投入一小部分精力來維護好生產線上的設備等。其具體應用主要體現在汽車制造中的應用。目前，全世界的汽車制造已經形成相當規模的生產線，承擔車身的鋼鐵框架結構等需要焊接技術的工作崗位已經全面被焊接機器人所代替。最為成功的就是日本豐田汽車公司，其最先使用點焊機器人來代替焊工的工作，極大地提高了焊接質量，同時也提高了汽車制造的效率，使得成品的制造時間大為縮短，短時間內迅速占領了國內市場，此后美國、德國等汽車工業大國紛紛效仿。目前國內生產的奇瑞、傳祺、哈弗等品牌的汽車也全面使用了焊接機器人技術，提高了國產汽車的質量，也在近年來獲得了消費者的一致好評。

三、焊接機器人的發展趨勢

（一）優化焊接機器人控制系統

目前，投入使用的焊機機器人的控制系統都是預先寫入的，通過電子計算機的終端控制來操縱這些機器人進行焊接工藝。而這些特定寫入的操作控制系統很難實現遠程或者離線更改，一旦出現控制系統受到攻擊或者自帶bug的爆發就會導致整個生產的癱瘓。所以，未來焊接機器人的控制系統會向著模塊化、智能化發展，實現遠程及離線編程。

（二）焊接機器人的網絡通信功能

現在使用的焊接機器人大多是單機工作的，在網絡鏈接上的應用技術研發相對甚少，沒有網絡控制功能，智能是機械單一地進行重復工作。在網絡通信技術日新月異的現代，焊接機器人在網絡化這塊的發展前景巨大，連入網絡對實現遠程控制也大有幫助。

（三）優化焊接機器人的操作結構

焊接機器人自研發之初就專一為焊接工藝而設，其結構性能單一，在其他方面的應用上稍顯不足。未來智能化的機器人將會全面取代功能單一的機器人，所以焊接機器人也不可避免地要在結構功能上有所突破。

（四）焊接機器人的傳感技術

焊接機器人的工作中傳感器的作用巨大，通過傳感器可以實現機器人工作位置、速度等方面的變化控制，同時對某些點位要求精確的焊接機器人還配備有激光傳感器及壓力傳感器等。而這些傳感器在應對氣候等特殊條件下的誤差難以把握，未來焊接機器人的傳感技術會在視覺、觸覺、聲覺等偏向人類功能的方面有所企及。

（五）焊接機器人的人工智能化

人工智能是近年來科技研究的新方向且在某些領域取得了不錯的成效（例如最近火爆全球的AlphaGo），未來就應用于人類工業生產的焊接機器人而言，也需要在人工智能方面下足功夫，通過智能化機器人來實現類人化思考及學習，可以極大地提高工作效率。

結語

焊接機器人現階段在工業生產上的應用成效不錯，尤其是在汽車、輪船等制造業上的應用最為廣泛，未來其在人工智能化的發展是主要的研究方向，優化其結構功能提高其工作效率對于人類工業的發展勢必又是一個新突破。

參考文獻

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