机器人焊接的技术现状与发展趋势.docxVIP

焊接机器人的技术现状与发展趋势 摘 要 焊接机器人逐渐走入人类社会，在人们生产、生活中发挥着重要作用。文章介绍了焊接机器人应用意义和应用状况，从机器人用焊接工艺、焊接机器人系统仿真技术、机器人专用弧焊电源技术、多机器人及外围设备的协调控制技术、焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、遥控焊接技术七个方面阐述了焊接机器人的研究现状。并对焊接机器人技术的未来发展趋势进行了阐述。 关键词 焊接机器人、技术现状、发展趋势、智能控制 0 前言 近年来，随着我国劳动力成本的逐渐提升，以廉价劳动力为支撑的“中国制造”经济模式难以为继。焊接作为工业“裁缝”是工业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣。随着先进制造技术的发 展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。 1 焊接机器人应用的重要意义 （1）焊缝质量稳定，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度和干伸长量等对焊接结果有着决定作用。采用机器人焊接时，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量稳定。而人工焊接时，焊接速度、干伸长量等都是变化的，很难做到质量的均一性。 （2）改善了劳动条件。采用机器人焊接，工人只需要做一些简单的参数调节停开机操作，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等。对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。 （3）提高劳动生产率。机器人可 24h 连续生产。随着高速高效焊接技术的应用，采用机器人焊接，效率提高得更为明显 （4）产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。 （5）缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 2　焊接机器人技术研究现状 现阶段，国内外对焊接机器人的技术方面的研究都主要集中在七个方面：机器人用焊接工艺、焊接机器人系统仿真技术、机器人专用弧焊电源技术、多机器人及外围设备的协调控制技术、焊缝跟踪技术、机器人离线编程与路径规划技术以及遥控焊接技术。 2.1　机器人用焊接工艺 在机器人焊接方面，目前最常用的弧焊技术是气体保护焊，这种方法主要包括融化极氩弧焊和富氩混合气体保护焊。其次是钨极氩气保护焊，等离子弧焊、切割以及机器人激光焊的数量有限，比例较低。国外先进国家的弧焊机器人已普遍采用高速、高效气体保护焊接工艺，如双丝气体保护焊、T.I.M.E焊、热丝TIG焊、热丝等离子焊等先进的工艺方法，这些工艺方法不仅有效地保证了优良的焊接接头，还使焊接速度和熔敷效率提高数倍至几十倍。 2.2　焊接机器人系统仿真技术 机器人研究的跨学科性是很多研究者对其着迷的关键点，在研发、设计和制造过程中经常会遇到动力学、运动学方面的问题，又因为机器人是多连杆空间结构、自由度较高，在研发过程中遇到的问题就会更加复杂多变了。以机械手的仿真技术为例，在设计过程中使用机器人理论、CAD和计算机图形设计等技术在计算机中以动画形式呈现出来，然后对机械手的操作臂控制、运动学正反解分析和实际运行中在环境中遇到的抗干扰和避让问题进行仿真模拟，通过这种方法可以很好地解决遇到的问题。 2.3　机器人专用弧焊电源技术 在研发焊接机器人时，不仅要关注机器人系统的研究、设计和机器人的焊接技术，还要对弧焊电源给予重视。弧焊电源具有良好的电气性能，能够使焊接机器人的功能得到更大发挥。近年来，弧焊逆变器的技术已趋于成熟，机器人专用弧焊逆变电源大多为单片机控制的晶体管式弧焊逆变器，并配以精细的波形控制和模糊控制技术，工作频率 20～50kHz，最高可达 200kHz，焊接系统动特性优良，适合于机器人自动化和智能化焊接。还有一些特殊功能的电源，如适合铝及其铝合金TIG焊的方波交流电源、带有专家系统的焊接电源等目前有一种采用模糊控制方法的焊接电源，可以更好地保证焊缝熔宽和熔深基本一致，不仅焊缝表面美观，还能减少焊接缺陷。弧焊电源不断向数字化方向发展，其特点是：焊接参数稳定，受网路电压波动、温升、元器件老化等因素的影响小，具有较高的重复性，焊接质量稳定、成形良好另外，利用DS、快速响应，通过主控制系统指令精确控制逆变电源的输出，使之具有输出多种电流波形和电弧电压高速稳定调节功能，适应多种焊接方法对电源的要求。 2.4　多机器人及外围设备的协调控制技术 严格来讲，焊接机器人是一个焊接机器人系统或工作站，通常包括焊机系统、机器人控制柜、机器人本体以及送丝单元等。在实际操作中，只有将变位机、焊接机器人以及弧焊电源等进行柔性化集成