焊接机器人发展现状及发展趋势!

焊接机器人发展现状

我国的工业机器人从 80 年代 “七五 ”科技攻关开始起步，当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，生产了部分机器人重点元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装置、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和外国比还有必然的距离，如：可靠性低于外国产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与外国比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。

当前我国的机器人生产都是应用户的要求，单户单次重新设计，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不牢固。所以迫切需要解决产业化先期的重点技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进度。

焊接机器人的编程方法当前还是以在线示教方式 为主，但编程器的界面比过去有了很多改进，特别是液晶图形显示屏的采用使新的焊接机器人的编程界面更趋友好、操作更简单。可是，机

器人编程时焊缝轨迹上的重点点坐标地址仍必定经过示教方式获得，尔后存入程序的运动指令中。这对于一些复杂形状的焊缝轨迹来说，必定开销大量的时间示教，从而降低了机器人的使用效率，也增加了编程人员的劳动强度。当前解决的方法有两种：一是示教编程时可是大概获得几个焊缝轨迹上的几个重点点，尔后经过焊接机器人的视觉传感器平时是电弧传感器或激光视觉传感器自动追踪本质的焊缝轨迹。这种方式诚然仍离不开示教编程但在必然程度上可以减少示教编程的强度，提高编程效率。由于电弧焊自己的特点，机器人的视觉传感器其实不是对所有焊缝形式都合用。二是采用完满离线编程的方法，使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标地址的获得、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人自己的参加。机器人离线编程早在多年以前就有，可是由于当时受计算机性能的限制，离线编程软件以文本方式为主，编程员需要熟悉机器人的所有指令系统和语法，还要知道如何确定焊缝轨迹的空间地址坐标，所以，编程工作其实不轻松省时。随着计算机性能的提高和计算机三维图形技术的发展，机器人离线编程系统多数可在三维图形环境下运行，编程界面友好、方便，获得焊缝轨迹的坐标地址平时可以采用“ 虚假示教”的方法，用鼠标轻松点击三维虚假环境中工件的焊接部位即可获得该点的空间坐标；在有些系统中，可经过图形文件中起初定义的焊缝地址直接生成焊缝轨迹，尔后自动生成机器人程序并下载到机器人控制系统。从而大大提高了机器人的编程效率，也减少了编程员的劳动强度。当前，国际市场上已有基于一般机的商用机器人离线编程软件，

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经过虚假示教获得，并在三维图形环境中可让机器人按程序中的轨迹作模拟运动，以此检验其

正确性和合理性。所编程序可经过网络直接下载给机器人控制器

。

焊接机器人发展趋势

当前国际机器人界都在加大科研力度， 进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，

焊接机器人和其他工业机器人相同，不断向智能化和多样化方向发展。详尽而言，表现在以下

几个方面：

1)．机器人操作机构造：

经过有限元解析、 模态解析及仿真设计等现代设计方法的运用， 实现机器人操作机构的优化设计。

研究新的高强度轻质资料， 进一步提高负载 / 自重比。比方，以德国 KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形构造改为开链构造，拓展了机器人的工作范围，加之轻

质铝合金资料的应用，大大提高了机器人的性能。其他采用先进的 RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免保护系统。

机构向着模块化、可重构方向发展。比方，关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；外国已有模块化妆配机器人产品问市。

机器人的构造更加灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。

采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的

拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化确定了基础。意大利 COMAU 公司，日本 FANUC等公司已开发出了此类产品。

2).机器人控制系统：

重点研究开放式，模块化控制系统。向基于

PC机的开放型控

制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化构造；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。控制系统的性能进一步提高，已由过

去控制标准的 6 轴机器人发展到现在可以控制 21 轴甚至 27 轴，而且实现了软件伺服和全数字控制。

人机界面更加友好， 语言、图形编程界面正在研制之中。 机器人控制器的标准化和网络化，以及基于 PC机网络式控制器已成为研究热点。

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编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外， 离线编程的合用化将成为研究重点， 在

某些领域的离线编程已实现合用化。

3).机器人传感技术：

机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的地址、速度、加速度等传感器外，装置、

焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器，并实现了焊缝自动追踪和自动化生

产线上物体的自动定位以及精美装置作业等， 大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。

遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的交融技术来进行环境建模及决策

控制。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的重点。其研究

热点在于有效可行的多传感器交融算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的状况下的多

传感器交融算法。另一问题就是传感系统的合用化。

4). 网络通信功能：

日本 YASKAWA和德国 KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与

Canbus、Profibus 总线

及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过 去的专用设备向标准化设备发展。

5). 机器人遥控和监控技术

在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其他作业，需要有遥控的机器

人代替人去工作。今世遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与

机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完满的监控遥控操作系统，使智能机器人

走出实验室进入合用化阶段。美国发射到火星上的

“索杰纳 ”机器人就是这种系统成功应用的最

闻名实例。多机器人和操作者之间的协调控制，可经过网络建立大范围内的机器人遥控系统， 在有时延的状况下，建立起初显示进行遥控等。

6). 虚假机器人技术：

虚假现实技术在机器人中的作用已从仿真、 预演发展到用于过程控制， 如使遥控机器人操

作者产生置身于远端作业环境中的感觉来控制机器人。基于多传感器、多媒体和虚假现实以及

临场感技术，实现机器人的虚假遥操作和人机交互。

7).机器人性能价格比：

机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断

下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大

提高。过去机器人系统的可靠性

MTBF 一般为几千小时，而现在已达到 5 万小时，可以满足任

何场合的需求。

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8)．多智能体调控技术：

这是当前机器人研究的一个崭新领域。 主要对多智能体的集系统统构造、 相互间的通信与

磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、集体行为控制等方面进行研究。

近来几年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。像海洋

开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化

的要求。这些行业与制造业对照，其主要特点是工作环境的非构造化和不确定性，所以对机器

人的要求更高，需要机器人拥有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器

人技术的一个重要发展方向。

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