焊接機器人應用現狀及未來發展趨勢

李肖 孫浩 劉建銀

摘 要：據不完全統計，在機械制造領域中，用于焊接加工的機器人占據了整個工業機器人應用中的半壁江山。這些焊接機器人中有的是為某種焊接方式專門設計的，而大多數的焊接機器人其實就是通用的工業機器人裝上某種焊接工具而構成的。在多任務環境中，一臺機器人甚至可以完成包括焊接在內的抓物、搬運、安裝、焊接和卸料等多種任務。本文就焊接機器人現狀及發展趨勢展開分析和探討。

關鍵詞：焊接機器人：現狀：發展趨勢

有著“工業裁縫”之稱的焊接，在工業生產領域起著舉足輕重的作用。近些年來，隨著科學技術的不斷發展，高質量產品的需求量大大地增加了，同時也對焊接技術提出了更高的要求。傳統的手工焊接技術在質量和效率上已經無法滿足當今產品生產的需要，所以焊接的自動化逐漸為世人所重視起來。焊接機器人可以使我國的制造業不斷地進步，隨著現如今科學技術的水平越來越高，焊接的自動化以及智能化已經成為制造業發展的必然趨勢，對于焊接技術來講，焊接機器人的產生，已經成為現代化與自動化的一大標志。

1.我國焊接機器人的發展現狀

我國在焊接機器人領域的研究起步非常晚，最早是在20世紀70年代開始的，與美國、日本以及歐洲一些制造業強國相比，我國在焊接機器人領域的研究還非常落后。近年來，隨著世界經濟一體化趨勢的發展，我國也接觸到了許多先進的焊接機器人技術，對我國相關技術的研究與發展起到了推動作用，但其發展速度較為緩慢，仍然與國外具有較大差距。再加上受我國廉價人工勞動力的影響，一些企業不愿意花費大量的資金進行焊接機器人的研究。這使得我國焊接機器人技術的發展受到了嚴重的制約。

近年來，我國在焊接機器人應用領域的研究過程中，越來越重視機器人軟件開發與編程功能，進而使得焊接機器人的系統操作性和離線編程功能大大增強。如今，在初次引進焊接機器人之后，相關單位越來越重視對本單位技術人員的培養，通過利用供應商的售后服務，并與技術相對成熟的企業、研究所共同對焊接機器人進行調試，大大縮短了機器人的安裝、調試周期，使其盡快投入生產。

焊接機器人設計制造過程中，有一部分是為了完成特種焊接技術而專門制選和生產的，這種機器人是在傳統工業機器人的基陸上，進行升級和改造得到的，通過對其加裝各種專用的焊接沒備，使其能夠順利完成特種焊接任務。同時我國目前應用的焊接機器人除了具備焊接功能之外，還具有搬取貨物、運輸等功能，大大提高了相關企業的生產效率。

2.焊接機器人發展趨勢

目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究。從機器人技術發展趨勢看，焊接機器人和其他工業機器人一樣，在不斷向智能化和多樣化方向發展。具體而言，表現在以下幾方面。

2.1 虛擬現實

該技術是一種包括多功能傳感器交互接口技術。3D電腦圖形學技術、高清顯示技術于一體的，能夠對事件的現實性從時間和空間上進行分析，然后重新整合的技術，主要被用于遙控機器人和臨場感通訊等方面。除此之外。由于虛擬現實技術能感被應用于模擬焊接的過程，因此其可以在工件的實際焊接工作之前，使用電腦等數字化設備進行模擬焊接。再利用經過模擬與檢測的數字化焊接過程，來指導實際的焊接工作。這樣虛擬的操作過程可以讓操作人員在尚未開始正式的焊接之前，就可以了解相關產品的屬性、細節，并對所能達到的效果進行系統性的評估。此外其可以進行不同工藝的焊接效果比較。以便能夠為真實的焊接工作選取最佳的焊接方式與材料。可以預見的是，該項技術將在未來伴隨信息化、網絡化及科技化的不斷發展，而大面積地應用于焊接工藝當中。

2.2 機器人傳感技術

機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置，速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了激光傳感器﹑視覺傳感器和力傳感器，并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業等，大大提高了機器人的作業性能和對環境的適應性。

遙控機器人則采用視覺，聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術，來進行環境建模和決策控制，為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性、非平穩和非正態分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統的實用化。

2.3 多智能焊接機器人系統

對于一些復雜的焊接件，需要多臺焊接機器人相互配合，共同完成相互關聯的焊接任務，最終完成焊接操作。多臺焊接機器人工作很容易實現，但是多臺機器人同時完成一個焊接任務時，需要焊接機器人柔性化地集成起來，每臺機器人分工明確，協調好各臺機器人的工作，各臺機器人的信息交互要流暢，避免在執行焊接操作任務時發生碰撞等問題，反而使效率大打折扣，得不償失。

2.4 移動機器人

目前投入使用的焊接機器人大多數為固定式或者是單個機械臂，這在實際的焊接生產中，會產生諸多不便。焊接機器人的可達范圍受到很大程度的限制，一方面如果機械臂伸出過遠，會導致其剛度有下降的可能性，加之其末端執行器要負載自動焊槍，致使在焊接過程中會產生輕微的抖動，容易造成焊接電弧不穩，保護氣體保護效果下降，這對焊接質量的影響是很大的。另一方面采用多臺機器人焊接會增加成本，并且要保證各機器人之間能夠柔性地集成在一起，這都增加了工作量。移動機器人還有一些問題亟待解決，如噪音、震動、機器人通訊、運動精度等。如果移動機器人能夠得到廣泛應用，將是焊接行業革命性的進步，將是未來研究的重點與熱點。

2.5 機器人遙控和監控技術

在一些諸如核輻射﹑深水、有毒等高危險環境中，進行焊接或其他作業，需要有遙控的機器人代替人工工作。當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自動系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室，進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。多機器人和操作者之間的協調控制，可通過網絡建立大范圍內的機器人遙控系統，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。

3.結論

焊接機器人作為制造業升級變型的重要標志已經得到了國家的高度重視，政府加大政策和資金支持促使焊接機器人得到飛速地發展。隨著計算機技術、傳感器技術、人工智能技術等的發展，引進及吸收先進技術和經驗，焊接機器人技術會快速走向成熟，提升我國的制造業水平。

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作者簡介：

李肖（1987-11—）男、漢族、山東濟寧人，本科學歷、小松山推工程機械有限公司職員，焊接自動化 ;

孫浩（1989-11—），男，漢族，山東濟寧人，本科學歷，小松山推工程機械有限公司職員，助理工程師;

劉建銀（1986-10—），男，漢族，山東濟寧人，本科學歷，小松山推工程機械有限公司職員，助理工程師。

（小松山推工程機械有限公司， 山東 濟寧 272000）