1、. 焊接前沿技術作業學院：材料科學與工程學院專業班級：焊接1301班*：徐昀華*： 130200308 任課教師：常云龍完成日期： 2016.11.1 焊接機器人技術現狀和開展趨勢摘要機器人逐漸走入人類社會，在人們生產、生活中發揮著重要作用。本文主要從國外工業機器人的開展、我國焊接機器人應用現狀、焊接機器人系統研究、焊接機器人的開展及趨勢等方面進展分析。關鍵字：焊接機器人；汽車應用；開展趨勢一國外焊接機器人開展現狀機器人技術作為先進制造技術的典型代表和主要技術手段，它在提升企業技術水平、穩定產品質量、提高生產效率、實現文明生產等方面具有重大作用。大工業革命曾使人淪落為機器的奴隸，而機器人的誕生

2、和廣泛推廣應用又重新使人類恢復了尊嚴。國外隨著計算機技術的不斷提高和制造技術的不斷開展，國外焊接機器人技術得到了飛速的開展，其準確度和可靠不斷提高，與此同時，造價卻不斷下降。西方興旺國家也將開展焊接機器人作為研究的重點。日本僅用了10 年左右的時間，便形成了自己的機器人產業，國的機器人開展也極其迅速，截止到2005年全世界的在役工業機器人約為914000套，日本占了其中的60% 左右，大約有將近一半的工業機器人用于各種形式的焊接加工領域。盡管美國和德國等老牌工業強國在數量上不如日本，但其技術底蘊身后，制作的焊接機器人水平較高，因此在國際市場上還是占有一定的優勢。國我國焊接機器人的應用主要集中在

3、汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等主要行業。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早的用戶。早在20 世紀70年代末，電焊機廠與電開工具研究所合作研制了直角坐標機械手，成功應用于牌轎車底盤的焊接。一汽公司是我國最早引進焊接機器人的企業，1984 年起先后從KUKA 公司引進了3 臺點焊機器人，用于當時紅旗牌轎車的車身焊接和解放牌車身頂蓋的焊接。1986 年成功地將焊接機器人應用于前圍總成的焊接，并于1988 年開發了機器人車身總焊線。20 世紀80 年代末和20 世紀90 年代初，德國群眾公司分別與和一汽成立合資汽車廠生產轎車，雖然是國外的二手設備，但其焊接自動化程度和裝備水平讓我們認識到了與國外

4、的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車工程中都引進了焊接機器人。可以說20 世紀90 年代以來的技術引進和生產設備、工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產提高到規模化生產，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國根底設施建立的高速開展帶動了工程機械行業的繁榮，工程機械行業也成為較早引入焊接機器人的行業之一。近年來隨著我國經濟的高速開展，能源的大量需求，與能源相關的制造行業也都開場尋求自動化焊接技術，焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業由于我國貨運、客運、城市地鐵等需求量的不斷增加以及列車提速的需求，機器人的需求一直處于穩步增長態勢。據2001 年統計，全國共有各類焊接機器人1 04

5、0臺，汽車制造和汽車零部件生產企業中的焊接機器人占全部焊接機器人的76。在汽車行業中點焊機器人與弧焊機器人的比例為32，其他行業大都是以弧焊機器人為主，主要分布在工程機械(10)、摩托車(6)、鐵路車輛(4)、鍋爐(1)等行業。焊接機器人也主要分布在全國幾大汽車制造廠。目前在我國應用的機器人主要分日系、歐系和國產三類。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國KUKA、CLOOS，瑞典ABB，意大利AU 和奧地利IGM 公司。國產機器人主要是新松機器人公司產品。目前在我國雖然已經具有自主知識產權的焊接機器人系列產品，但卻不能批量生產，形成規模，究其原

6、因有以下幾點：(1)國機器人價格沒有優勢。近十年來，進口機器人的價格大幅度降低，從78 萬美元臺降低到23 萬美元臺，使我國自行制造的普通工業機器人在價格上很難與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步開展相應的零部件產業，如伺服電機、減速機等需要進口，使價格難以降低，所以機器人生產本錢高；加之我國焊接裝備水平與國外還存在很大差距，也間接影響了國機器人的開展。對于機器人的最大用戶一汽白車身生產廠來說，幾乎所有的裝備都是從國外引進，國產機器人找不到表演的舞臺。(2)國產機器人無論從控制水平還是可靠性等方面與國外公司還存在一定的差距。國外工業機器人是個非常成熟的工業產品，經歷了30 多年的開

7、展歷程，而且在實際生產中不斷地完善和提高；而我國尚處于單件小批量的生產狀態。(3)國機器人生產廠家處于幼兒期，還需要政府政策和資金的支持。焊接機器人是個機電一體化的高技術產品，單靠企業的自身能力是不夠的，需要政府對機器人生產企業和使用國產機器人系統的企業給予一定的政策和資金支持，加速我國國產機器人的開展。二機器人焊接技術優勢隨著攪拌摩擦焊技術研究的深入和工程化應用推廣，越來越多的產品制造采用了這項新型焊接技術，同時產品的構造也越來越復雜，而傳統的龍門式攪拌摩擦焊設備只能完成直線或平面二維焊接要求，不能滿足復雜構造件的焊接。機器人攪拌摩擦焊技術與裝備成為近年來攪拌摩擦焊裝備的重要開展方向，這是因

8、為工業機器人具有較高的柔性，可以實現復雜軌跡運動，使復雜構造件的焊接成為可能。機器人攪拌摩擦焊接技術可提升焊接自動化程度和生產效率，其技術優勢和社會經濟效益顯著。使用機器人攪拌摩擦焊焊接時，由于機器人柔性化程度高，焊接過程穩定且無需人為干預，因此，焊接質量可以得到顯著提升，且有利于降低焊接生產本錢。據國外統計，機器人攪拌摩擦焊單件焊接本錢比機器人氬弧焊低20%，而采用多軸攪拌摩擦焊設備本錢只有氬弧焊的一半。由此可見，采用機器人進展攪拌摩擦焊在大規模工業生產中具有顯著的本錢優勢。此外，機器人攪拌摩擦焊的主要技術優勢有：1節能、高效，焊接過程無污染；2適用于復雜構造焊接，如平面二維、空間三維等構造

9、；3可匹配外部軸，擴展機器人工作空間；4可實現多模式過程控制，如壓力控制、扭矩控制等；5接頭質量良好，焊接過程穩定。三焊接機器人研究現狀現階段，國外對焊接機器人的技術方面的研究都主要集中在五方面：機器人用焊接工藝、焊接機器人系統仿真技術、機器人專用弧焊電源技術、多臺焊接機器人及外圍設備的協調控制技術以及焊縫跟蹤技術等。1、機器人用焊接工藝在機器人焊接方面，目前最常用的弧焊技術是氣體保護焊，這種方法主要包括融化極氬弧焊和富氬混合氣體保護焊。除了這兩種方法，使用較多的方法就是鎢極氬氣保護焊。一些在弧焊機器人方面技術較先進的國家使用的方法多是熱絲等離子焊、熱絲TIG焊等前沿工藝。2、焊接機器人系統仿

10、真技術機器人研究的跨學科性是很多研究者對其著迷的關鍵點，在研發過程中經常會遇到動力學、運動學方面的問題，又因為機器人是多連桿空間構造、自由度較高，在研發過程中遇到的問題就會更加復雜多變了。以機械手的仿真技術為例，在設計過程中使用機器人理論、CAD和計算機圖形設計等技術在計算機中以動畫形式呈現出來，然后對機械手的操作臂控制、運動學正反解分析和實際運行中在環境中遇到的抗干擾和避讓問題進展仿真模擬，通過這種方法可以很好地解決遇到的問題。3、機器人專用弧焊電源技術在研發焊接機器人時，不僅要關注機器人系統的研究、設計和機器人的焊接技術，還要對弧焊電源給予重視。弧焊電源具有良好的電器性能，能夠使焊接機器人

11、的功能得到更大發揮。4、多臺焊接機器人及外圍設備的協調控制技術嚴格來講，焊接機器人是一個焊接機器人系統或工作站，通常包括焊機系統、機器人控制柜、機器人本體以及送絲單元等。在實際操作中，只有將變位機、焊接機器人以及弧焊電源等進展柔性化集成，才能發揮其作用。5、焊縫跟蹤技術一般情況下弧焊就能夠保證機器人的焊接質量，但在焊接工作的條件和環境發生變化時，往往會使焊炬偏離焊縫，致使焊接質量問題。在這種情況下，就要對焊縫進展實時測查，檢測焊縫偏差，調節焊接參數和焊接路徑等，以保障焊縫質量。焊縫跟蹤技術是以傳感器技術以及焊縫跟蹤控制理論為根底的。1傳感器技術。近些年，隨著智能技術的不斷開展，在原有的根本傳感

12、器的根底上出現了一種新型的傳感器，智能傳感器。智能傳感器技術在機器人傳感研究方面起到了重要的推動作用。電弧傳感器的工作原理是直接從焊接電弧本身獲取焊縫偏差信息，不需要任何附加裝置，具有本錢低、實時性強等優點。光傳感器中最具吸引力的莫過于視覺傳感器。它是光傳感技術與計算機的圖像和視覺處理方法有機整合后產生的技術，可以有效提高弧焊機器人的適應能力。光傳感器除了視覺傳感器外，還包括光譜、光纖、光電、紅外等種類。2焊縫跟蹤控制理論與方法。智能控制的雛形是模糊控制，它借鑒了人類思維的模糊性，結合模糊數焊接機器人技術現狀與開展趨勢學中的模糊關系、推理和決策等得出了控制動作。模糊控制具有魯棒性和自適應等優點

13、，能夠很好地適應時變的焊接機器人系統，它為機器人焊接技術的開展和研究奠定了一個良好的技術根底。神經網絡控制是由人類大腦神經的工作機理受到啟發而研究出的控制系統，對非線性的、時變的焊接系統具有很好的適應能力。機器人通過人工神經網絡的硬件和軟件系統能夠對環境和工作進展記憶、聯想和學習。和傳統的專家系統不同，神經網絡在對焊接參數的處理上有其獨特特點：系統在經歷的環境和任務中能夠進展學習，在遇到事件時，系統可以根據實驗數據或經歷過的事例中進展數據記錄和調出，無需專家指導。由于神經網絡算法的自身特點，使用神經網絡系統的機器人接收到的數據可以是模糊的或是不準確、不完整的。輸入和輸出數據的關系沒有直接關系時

14、，是沒有成型的算法或模型可以使用的。四焊接機器人開展趨勢1、多傳感器信息智能融和技術近年來，隨著機器人系統中使用的傳感器種類和數量越來越多，各種新型傳感器不斷出現。例如，超聲波觸覺傳感器、靜電電容式距離傳感器、基于光纖陀螺慣性測量的三維運動傳感器，以及具有焊接工件檢測、識別和定位功能的視覺系統等。但是，單一傳感信號難以保證輸入信息的準確性和可靠性，不能滿足智能機器人系統獲取環境信息和系統決策能力的要求。為了有效利用這些傳感器的信息，需要對不同信息進展綜合處理，從多種傳感器信息中獲取單一傳感器不具備的新功能和新特點，即多傳感器智能信息融合技術。利用各種傳感信息，獲得對環境的正確理解，使機器人系統

15、具有容錯性，保證系統信息處理的快速性和正確性。2、虛擬現實技術虛擬現實技術是一種對事件的現實性從時間和空間上進展分解后重新組合的技術。這一技術包括三維計算機圖形學技術、多功能傳感器的交互接口技術以及高清晰度的顯示技術。虛擬現實技術可應用于遙控機器人和臨場感通訊等。基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。虛擬現實技術可以模擬焊接過程。在計算機上先完成焊接過程，實現將工藝過程轉化為數字化操作，再由數字化操作指導實際生產。通過建立生產加工的仿真模型研究制造活動，使用戶在設計階段能夠了解產品未來焊接過程，實現對生產系統性能的有效預測評價。在仿真環境下的試運行，有

16、利于進展多工藝方案比擬，更有利于多機器人焊接軌跡的選取與優化3、多智能焊接機器人系統多智能機器人系統是近年來開場探索的又一項智能技術，它是在單體智能機器開展到需要協調作業的條件下產生的。多個機器人主體具有共同的目標，完成相互關聯的動作或作業。在構建系統時，不追求單個的、龐大的、復雜的體系，而是按控制應用的要求，從功能上、物理或時間上劃分成多個具有一定自主能力的智能體，各智能體之間相互通信、彼此協調，共同完成復雜系統的控制作業任務，解決一個全局性問題。作業目標一致，信息資源共享，各個局部動的主體在全局前提下感知、行動、受控和協調，是群控機器人系統的開展。其目標是將大的、復雜的硬件或軟件系統構造成

17、相對較小的、獨立的、彼此相互通信及協調的、易于管理的多個智能體系統。系統在制造業中的應用性研究正不斷地成熟，這種趨勢說明了多種智能自治主體間的相互協調、合作的分布式制造系統最有希望成為下一代制造業的生產模式，焊接是工業生產的一大領域，焊接機器人的開展根本上同步于整個機器人行業的開展。所以，多智能體機器人的研究與開展將很快應用于焊接機器人領域。隨著工業生產系統向大型、復雜、動態和開放的方向開展，以及焊接過程向高度自動化及完全智能化的方向開展，多智能體焊接機器人系統將成為熱點的研究領域。4、智能化控制技術神經網絡和模糊控制單獨使用時，都存在一定的缺陷。神經網絡的拓撲構造、神經元個數和訓練樣本數等的

18、選擇，對其一般化能力有較大影響，目前，這方面尚沒有統一的理論指導。在離線訓練過程中，有時因網絡參數選擇不好將產生不收斂的現象。實際控制系統中，由于時變參數、擾動等因素，一般要求神經網絡控制器能在線訓練，而收斂和訓練時間等問題都難以得到可靠的保證，對于實時性要求較高的場合不太適應。在模糊控制中，隸屬函數的選擇、模糊關系矩陣計算、解模糊化等都是十分困難的問題。一理想的模糊控制表必須通過反復精心整理才能投入使用。量化因子和比例因子的選擇也影響著整個系統的品質。模糊邏輯表達定量知識的能力較差，控制精度不太高。自適應、自學習的能力較差，易產生振蕩現象。隨著人工智能技術的開展，神經網絡和模糊邏輯技術的融合

19、已成為當前人們的研究熱點。神經網絡具有很強的自學習、自適應、大規模并行運算和準確計算的能力。而模糊邏輯在專家可預見的論域上有良焊接機器人好的收斂性，在進展模糊量的運算上有優勢。因此兩者結合可以優勢互補，從而大大提高綜合性能。神經網絡模糊控制器的構造方法可分為兩類：其一：是以現成的神經網絡拓撲構造實現模糊控制中的模糊化、模糊推理和解模糊化三個步驟；其二:是構造模糊神經元，使其具有單獨處理模糊語言變量的能力，由這些模糊神經元可構成不同的拓撲構造。神經網絡模糊控制器的快速實時算法、穩定性、魯棒性等問題，需要結合弧焊機器人系統及弧焊工藝加以深入的研究!#。工業大學借助于神經網絡構成自學習模糊控制器，成

20、功地實現脈沖.5、焊接機器人控制系統機器人控制系統將重點研究開放式、模塊化控制系統。計算機語言、圖形編程與人的交流界面更加友好。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于+0機網絡式控制器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。此外，焊接機器人的遙控及監控技術、機器人半自主和自主技術、多機器人和操作者之間的協調控制，通過網絡建立大圍的機器人遙控系統，在有時延的情況下，建立預先顯示進展遙控等方面都是未來焊接機器人的開展方向。五國焊接機器人技術更加需要的1、國家加大政策支持機器人融合了多項前沿技術，國家應該制定長遠的政策加以規劃和開展，以保持可持續開

21、展的態勢。我國的機器人目前面臨的許多的困難，在技術、人才、資源等方面都面臨著國外各大公司的劇烈競爭，與他們相比，我國各個機器人公司都存在著很大的差距，所以就需要國家組織國的研究力量，甚至包括資金、稅收等各方面的支持，同時鼓勵國的企業在轉型時采用國產機器人。另外在一些對人體有傷害的特殊工種中，比方噴漆、鑄造等，國家可以通過勞動法，強制工廠采用工業機器人來代替人完成工作，這樣也可以大大增加工業機器人的需求數量。2、加快核心零部件的研發目前國產機器人的主要零部件大局部依賴于進口，所以機器人的本錢始終居高不下，這成為制約國產機器人進一步開展的關鍵因素之一，所以國家應牽頭，融合國可利用的一切研發力量，使

22、得其中的核心零部件進展國產化，甚至批量化，從而大大降低國產機器人的本錢。3、進一步完善機器人產業基地的建立工業機器人涉及機械、自動化、計算機、人工智能等諸多學科，所以國家應將加大宏觀調控能力，將工業機器人生產廠家及相應的配套企業盡量規劃在一起，一方面方便企業的各自交流，提高效率，同時也可以大大節省運輸費用，由此形成集機器人研究開發、集約化配套生產、社會化銷售效勞為一體的工業園區。4、加強人才隊伍的建立國眾多企業迫切需要從勞動密集型向自動化生產過渡升級，急需要大量更新自動化設備，同時也需要大量設備設計、集成、安裝調試和使用維護人員。而目前高校所培養的學生畢業后普遍不能直接上崗，無法滿足企業的用人

23、需求，畢業生缺乏對現代企業的文化和工作流程的了解，缺乏團隊工作經歷，與人溝通能力較差，實踐動手能力較差，缺乏創新能力，企業往往需要對應屆畢業生進展二次培訓。所以國家應積極引導高校就目前的工程教育理念和方法進展改良。改變傳統的學習方法，實施基于工程的學習方法，以工程工程全過程為載體來培養學生的工程能力，個人的職業道德、學術知識和運用知識來解決實際問題的能力，終生學習能力、團隊協作能力、溝通交流能力和系統的掌控能力。在學科課程設置的過程中藥全面面向產業的需求，從工程科學理論和分析為重點轉向設計和產品創新。5、進一步普及機器人的知識機器人知識的普及程度對機器人的產業化進程起著很大的制約作用。如果大家

24、對機器人的認識程度都很普及，從小就接觸機器人的知識，使得一大批的小孩從小就對機器人很感興趣，則這些人很有可能就會成為推動國產機器人開展的珍貴財富，所以不管是國家還是企業，都應該將機器人知識的科普宣傳放在一個非常重要的位置。六總結現階段，隨著時代的開展與經濟的進步，市場競爭愈發劇烈，交貨期、本錢以及產品質量成為各大企業在市場上競爭的重要手段，機器人焊接仿真技術在上述幾個方面均發揮了重要的作用。尤其是在企業招投標時期，倘假設能利用模擬仿真技術為客戶建立一系列系統、全面的可視化解決方案，則將在一定程度上提升企業的核心競爭力，從而取得更多的訂單。目前，機器人焊接仿真技術因其自身的優勢與功能，被大圍的應

25、用到各行各業當中，深受各大廠商的喜愛與青睞。模擬真實的現場，是機器人焊接仿真技術恒久不變的主體，對于技術操作人員而言，界面操作理想化、簡單化是對仿真軟件的根本要求，同時也是當前市場經濟形勢下開展的必然趨勢。【參考文獻】1 善本,呂娜.焊接智能化與智能化焊接機器人研究進展J.電焊機,2013,43(5):28-36. 2 王恩浩.焊接機器人技術現狀與開展趨勢J.中國高新技術企業,2014(17):3-4. 3 朱萬輝.七自由度焊接機器人控制系統設計D.工業大學,2012,6.4 施春芳焊接機器人技術現狀和開展趨勢的研究J中國科技投資，2012，624.5 王田苗，永效勞機器人技術研究現狀與開展趨

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