1 焊接机器人国内外应用概述

　　从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了长期缓慢的发展过程。90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。联合国欧洲经济委员会(UNECE)统计从1990年至2000年，劳动力成本增长了40%;机器人在考虑质量因素的情况下价格降低了80%，在不考虑质量因素的情况下，机器人的价格降低了60%。

　　在西方国家，工业机器人的应用在各行各业得到飞速发展。据不完全统计，大约有三分之一的钢铁产品需要经过焊接加工，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。

　　我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

　　目前焊接机器人国内发展水平与国外还有一定的差距。①国外进口焊接电源大都允许操作者输入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工艺条件，以免费或以选配的方式提供了焊接专家系统，可自动生成焊接工艺。而国内焊接电源厂家难以提供成熟可靠的焊接工艺支持，在焊接工艺的研究和积累还十分有限，大部分高端市场份额仍然被进口焊机占据。②国外焊接设备大都提供了现场总线接口，而且可控参数丰富。而国内的自动化焊接系统各个自动化焊接部件信息量的传递十分有限，普遍处于继电器开关量编组控制的水平，难以实现复杂的焊接工艺协调控制。③在欧美、日本等技术发达国家，自动化、机器人焊接设备的应用非常普遍，特别是在批量化、大规模和有害作业环境中使用率更高，已形成了成熟的技术、设备和与之配套并不断升级的焊接工艺。在我国，汽车、石化、电力、钢构等行业焊接生产现场使用的自动化和机器人焊接设备，少部分为国内焊接装备企业的自主知识产权设备，一部分由国内或合资、独资企业提供的、关键部件采用国外技术的组装和成套产品，更多的则是成套进口设备。

　　2 焊接机器人在自动控制生产领域的应用

　　下面以唐山松下机器人为例来了解焊接机器人在自动控制生产领域的应用。该焊接机器人如图1所示主要是应用于结构钢和铬镍钢的汽车部件的熔化极活性气体保护焊(CO2焊)。

　　目前的焊接机器人多数为6关节式的，具有6个关节的机器人基本上能满足焊枪的位置和空间姿态的控制要求，其中3个自由度(XYZ)用于控制焊枪端部的空间位置，另外3个自由度(ABC)用于控制焊枪的空间姿态。

　　一套完整的弧焊机器人系统，应包括机器人机械手、控制系统、焊接装置、焊件夹持装置。

　　①机器人本体，选择PANASONIC机器人TA-1400;伺服电机驱动6轴关节式操作机。它的任务是精确地保证机械手末端(焊枪)所要求的位置、姿态和运动轨迹。点至点方式移动速度可达60m/min以上，其轨迹重复精度可达到±0.2mm。②机器人控制柜，选择与机器人本体配套的PANASONIC工业机器人控制器YA-1RAR61C(TA-1400G2)，它是机器人系统的神经中枢，机器人的控制硬件全部优化集成在一个控制柜内，通过对机器人的编程完成功能，具备完善的网络监控功能。③焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等能实现多种焊丝低飞溅焊接的全数字焊机。④焊接工装夹具，由机械工程师根据设计要求设计。

　　该气保焊接机器人控制系统采用的是示教再现机器人，焊接示教和焊接编程都说由操作者通过在线操作来完成，确保了高精度和动态运动。将焊接机器人安置于一个箱体内，在箱体上还需要安置排风扇、照明灯、插座、触摸屏以及各种流量表(气压、电流、电压、CO2)等，其中气缸主要安装在安全门和夹具上。

　　该自动控制系统主要利用LG PLC来控制箱体上的排风扇、照明灯、安全门和夹具的动作，并利用触摸屏来进行控制，操作人员只需要站在箱体外，利用对触摸屏的操作完成焊接机器人以及一系列其它辅助动作的控制。

　　图2 设备外部，系统硬件结构示意图

　　3 焊接机器人发展趋势

　　随着科技的发展，焊接机器人的性能将更加完善，应用更加普遍，价格更加低廉，将集成更多的功能，具有感知环境变化的适应能力，智能水平大幅提高，主要的发展趋势为虚拟现实技术;神经网络技术;模糊逻辑技术;多智能传感技术;开放模块化技术以及以机器人为核心的遥控焊接例如水下焊接等，都将成为研究热点。