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1 焊接機器人國內(nèi)外應(yīng)用概述

從機器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機器人技術(shù)經(jīng)歷了長期緩慢的發(fā)展過程。90年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。工業(yè)機器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機器人的制造成本和價格卻不斷下降。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)統(tǒng)計從1990年至2000年，勞動力成本增長了40%；機器人在考慮質(zhì)量因素的情況下價格降低了80%，在不考慮質(zhì)量因素的情況下，機器人的價格降低了60%。

在西方國家，工業(yè)機器人的應(yīng)用在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，大約有三分之一的鋼鐵產(chǎn)品需要經(jīng)過焊接加工，全世界在役的工業(yè)機器人中大約有將近一半的工業(yè)機器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域，焊接機器人最普遍的主要有兩種方式，即點焊和電弧焊。實際上，工業(yè)機器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點焊開始的。

我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。

目前焊接機器人國內(nèi)發(fā)展水平與國外還有一定的差距。①國外進口焊接電源大都允許操作者輸入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工藝條件，以免費或以選配的方式提供了焊接專家系統(tǒng)，可自動生成焊接工藝。而國內(nèi)焊接電源廠家難以提供成熟可靠的焊接工藝支持，在焊接工藝的研究和積累還十分有限，大部分高端市場份額仍然被進口焊機占據(jù)。②國外焊接設(shè)備大都提供了現(xiàn)場總線接口，而且可控參數(shù)豐富。而國內(nèi)的自動化焊接系統(tǒng)各個自動化焊接部件信息量的傳遞十分有限，普遍處于繼電器開關(guān)量編組控制的水平，難以實現(xiàn)復(fù)雜的焊接工藝協(xié)調(diào)控制。③在歐美、日本等技術(shù)發(fā)達國家，自動化、機器人焊接設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術(shù)、設(shè)備和與之配套并不斷升級的焊接工藝。在我國，汽車、石化、電力、鋼構(gòu)等行業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)場使用的自動化和機器人焊接設(shè)備，少部分為國內(nèi)焊接裝備企業(yè)的自主知識產(chǎn)權(quán)設(shè)備，一部分由國內(nèi)或合資、獨資企業(yè)提供的、關(guān)鍵部件采用國外技術(shù)的組裝和成套產(chǎn)品，更多的則是成套進口設(shè)備。

2 焊接機器人在自動控制生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

下面以唐山松下機器人為例來了解焊接機器人在自動控制生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。該焊接機器人如圖1所示主要是應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼和鉻鎳鋼的汽車部件的熔化極活性氣體保護焊（CO2焊）。

目前的焊接機器人多數(shù)為6關(guān)節(jié)式的，具有6個關(guān)節(jié)的機器人基本上能滿足焊槍的位置和空間姿態(tài)的控制要求，其中3個自由度(XYZ)用于控制焊槍端部的空間位置，另外3個自由度(ABC)用于控制焊槍的空間姿態(tài)。

一套完整的弧焊機器人系統(tǒng)，應(yīng)包括機器人機械手、控制系統(tǒng)、焊接裝置、焊件夾持裝置。

①機器人本體，選擇PANASONIC機器人TA-1400；伺服電機驅(qū)動6軸關(guān)節(jié)式操作機。它的任務(wù)是精確地保證機械手末端（焊槍）所要求的位置、姿態(tài)和運動軌跡。點至點方式移動速度可達60m/min以上，其軌跡重復(fù)精度可達到±0.2mm。②機器人控制柜，選擇與機器人本體配套的PANASONIC工業(yè)機器人控制器YA-1RAR61C（TA-1400G2），它是機器人系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，機器人的控制硬件全部優(yōu)化集成在一個控制柜內(nèi)，通過對機器人的編程完成功能，具備完善的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。③焊接電源系統(tǒng)，包括焊接電源、專用焊槍等能實現(xiàn)多種焊絲低飛濺焊接的全數(shù)字焊機。④焊接工裝夾具，由機械工程師根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計。

該氣保焊接機器人控制系統(tǒng)采用的是示教再現(xiàn)機器人，焊接示教和焊接編程都說由操作者通過在線操作來完成，確保了高精度和動態(tài)運動。將焊接機器人安置于一個箱體內(nèi)，在箱體上還需要安置排風(fēng)扇、照明燈、插座、觸摸屏以及各種流量表(氣壓、電流、電壓、CO2)等，其中氣缸主要安裝在安全門和夾具上。

該自動控制系統(tǒng)主要利用LG PLC來控制箱體上的排風(fēng)扇、照明燈、安全門和夾具的動作，并利用觸摸屏來進行控制，操作人員只需要站在箱體外，利用對觸摸屏的操作完成焊接機器人以及一系列其它輔助動作的控制。

3 焊接機器人發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展，焊接機器人的性能將更加完善，應(yīng)用更加普遍，價格更加低廉，將集成更多的功能，具有感知環(huán)境變化的適應(yīng)能力，智能水平大幅提高，主要的發(fā)展趨勢為虛擬現(xiàn)實技術(shù)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；模糊邏輯技術(shù)；多智能傳感技術(shù)；開放模塊化技術(shù)以及以機器人為核心的遙控焊接例如水下焊接等，都將成為研究熱點。