焊接机器人技术的发展

1、焊接机器人技术的发展关键字： 焊接 柔性 跟踪 调控 高高精度 自动化化摘要：焊接是制造造业中重重要的加加工工艺艺方法之之一，由由于诸多多飞速发发展着的的因素的的推动，焊焊接制造造工艺正正经历着着从手工工焊到自自动焊的的过渡。焊焊接过程程自动化化、机器器人化以以及智能能化已成成为焊接接行业的的发展趋趋势，智智能化焊焊接技术术已成为为焊接界界研究的的新热点点。传统的焊接接工艺实实施主要要依靠手手工操作作和人工工经验，具具有环境境恶劣、劳劳动强度度高、生生产效率率低、产产品质量量不稳定定的特点点，难以以实现高高精度的的焊接要要求。随随着计算算机与自自动化技技术的渗渗透，已已经由传传统的手手工作业业

2、逐步发发展成一一定规模模的机械械化、自自动化以以及机器器人焊接接制造。由由于焊接接机器人人具有高高效率、质质量稳定定、通用用性强、工工作可靠靠的优点点，受到到人们越越来越多多的重视视。在焊焊接生产产中采用用机器人人技术，可可以提高高生产率率、改善善劳动条条件、稳稳定和保保证焊接接质量、实实现小批批量产品品的焊接接自动化化。采用用机器人人焊接已已成为焊焊接自动动化技术术现代化化的主要要标志。目前，国内外大量应用的焊接机器人系统，从整体上看基本都属于示教再现型的焊接机器人。这类焊接机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格，焊接过程中缺乏“柔性”和适应性，表现出明显的缺点。为了克服机器人焊接过程中各种不

3、确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，研究探索智能化焊接机器人的关键技术已成为必需。为了改进示教再现型焊接机器人的适应功能，需要从模仿焊工观察感觉、思考决策、以及协调操作等人工智能行为入手，研究智能焊接机器人的关键技术，并发展智能型的焊接机器人，推进机器人焊接的智能化水平提高。内容：1、焊接机机器人的的发展历历程自从世界上上第一台台工业机机人UNNIMAATE于于19559年在在美国诞诞生以来来，机器器人的应应用和技技术发展展经历了了三个阶阶段：第一代是示示教再现现型机器器人。这这类机器器人操作作简单，不不具备外外界信息息的反馈馈能力，难难以适应应工作环环境的变

4、变化，在在现代化化工业生生产中的的应用受受到很大大限制。第二代是具具有感知知能力的的机器人人。这类类机器人人对外界界环境有有一定的的感知能能力，具具备如听听觉、视视觉、触触觉等功功能，工工作时借借助传感感器获得得的信息息，灵活活调整工工作状态态，保证证在适应应环境的的情况下下完成工工作。第三代是智智能型机机器人。这这类机器器人不但但具有感感觉能力力，而且且具有独独立判断断、行动动、记忆忆、推理理和决策策的能力力，能适适应外部部对象、环环境协调调地工作作，能完完成更加加复杂的的动作，还还具备故故障自我我诊断及及修复能能力。由于早期的的焊接机机器人缺缺乏“柔性”，焊接接路径和和焊接参参数须根根据实

5、际际作业条条件预先先设置，工工作时存存在明显显的缺点点。随着着计算机机控制技技术、人人工智能能技术以以及网络络控制技技术的发发展，焊焊接机器器人也由由单一的的单机示示教再现现型向以以智能化化为核心心的多传传感、智智能化的的柔性加加工单元元（系统统）方向向发展。我国开发工工业机器器人晚于于美国和和日本，起起于200世纪770年代代，早期期是大学学和科研研院所的的自发性性的研究究。到880年代代中期，全全国没有有一台工工业机器器人问世世。而在在国外，工工业机器器人已经经是个非非常成熟熟的工业业产品，在在汽车行行业得到到了广泛泛的应用用。鉴于于当时的的国内外外形势，国国家“七五”攻关计计划将工工业机

6、器器人的开开发列入入了计划划，对工工业机器器人进行行了攻关关，特别别是把应应用作为为考核的的重要内内容，这这样就把把机器人人技术和和用户紧紧密结合合起来，使使中国机机器人在在起步阶阶段就瞄瞄准了实实用化的的方向。与与此同时时于19986年年将发展展机器人人列入国国家8863高科技技计划。在在国家8633计划划实施五五周年之之际，邓邓小平同同志提出出了发发展高科科技，实实现产业业化的的目标。在在国内市市场发展展的推动动下，以以及对机机器人技技术研究究的技术术储备的的基础上上，8663主题题专家组组及时对对主攻方方向进行行了调整整和延伸伸，将工工业机器器人及应应用工程程作为研研究开发发重点之之一，

7、提提出了以以应用带带动关键键技术和和基础研研究的发发展方针针，以后后又列入入国家八五和九九五中中。经过过十几年年的持续续努力，在在国家的的组织和和支持下下，我国国焊接机机器人的的研究在在基础技技术、控控制技术术、关键键元器件件等方面面取得了了重大进进展，并并已进入入使用化化阶段，形形成了点点焊、弧弧焊机器器人系列列产品，能能够实现现小批量量生产。2、焊接机机器人的的应用状状况： 我我国焊接接机器人人的应用用主要集集中在汽汽车、摩摩托车、工工程机械械、铁路路机车等等几个主主要行业业。汽车车是焊接接机器人人的最大大用户，也也是最早早用户。早早在700年代末末，上海海电焊机机厂与上上海电动动工具研研

8、究所，合合作研制制的直角角坐标机机械手，成成功地应应用于上上海牌轿轿车底盘盘的焊接接。一汽汽是我国国最早引引进焊接接机器人人的企业业，19984年年起先后后从KUUKA公公司引进进了3台台点焊机机器人，用用于当时时“红旗牌牌”轿车的的车身焊焊接和“解放牌牌”车身顶顶盖的焊焊接。119866年成功功将焊接接机器人人应用于于前围总总成的焊焊接，并并于19988年年开发了了机器人人车身总总焊线 。800年代末末和900年代初初，德国国大众公公司分别别与上海海和一汽汽成立合合资汽车车厂生产产轿车，虽虽然是国国外的二二手设备备，但其其焊接自自动化程程度与装装备水平平，让我我们认识识到了与与国外的的巨大差

9、差距。随随后二汽汽在货车车及轻型型车项目目中都引引进了焊焊接机器器人。可可以说990年代代以来的的技术引引进和生生产设备备、工艺艺装备的的引进使使我国的的汽车制制造水平平由原来来的作坊坊式生产产提高到到规模化化生产，同同时使国国外焊接接机器人人大量进进入中国国。由于于我国基基础设施施建设的的高速发发展带动动了工程程机械行行业的繁繁荣，工工程机械械行业也也成为较较早引用用焊接机机器人的的行业之之一。近近年来由由于我国国经济的的高速发发展，能能源的大大量需求求，与能能源相关关的制造造行业也也都开始始寻求自自动化焊焊接技术术，焊接接机器人人逐渐崭崭露头角角。铁路路机车行行业由于于我国货货运、客客运、

10、城城市地铁铁等需求求量的不不断增加加，以及及列车提提速的需需求，机机器人的的需求一一直处于于稳步增增长态势势。据220011年统计计，全国国共有各各类焊接接机器人人10440台，汽汽车制造造和汽车车零部件件生产企企业中的的焊接机机器人占占全部焊焊接机器器人的776%。在在汽车行行业中点点焊机器器人与弧弧焊机器器人的比比例为33：2，其其他行业业大都是是以弧焊焊机器人人为主，主主要分布布在工程程机械（110%）、摩摩托车（66%）、铁铁路车辆辆（4%）、锅锅炉（11%）等等行业。焊焊接机器器人也主主要分布布在全国国几大汽汽车制造造厂， 从中还还能看出出，我国国焊接机机器人的的行业分分布不均均衡，

11、也也不够广广泛。 进入入21世世纪由于于国外汽汽车巨头头的不断断涌入，汽汽车行业业迅猛发发展，我我国汽车车行业的的机器人人安装台台数迅速速增加，220022、20003、220044年每年年都有近近千台的的数量增增长。估估计我国国目前焊焊接机器器人的安安装台数数在40000台台左右。汽汽车行业业焊接机机器人所所占的比比例会进进一步提提高。 目前在在我国应应用的机机器人主主要分日日系、欧欧系和国国产三种种。日系系中主要要有安川川、OTTC、松松下、FFANUUC、不不二越、川川崎等公公司的产产品。欧欧系中主主要有德德国的KKUKAA、CLLOOSS、瑞典典的ABBB、意意大利的的COMMAU及及

12、奥地利利的IGGM公司司。国产产机器人人主要是是沈阳新新松机器器人公司司产品。 目前在我国应用的工业机器人中，国产机器人的数量不足100台，特别是近两年新安装的机器人焊接系统中已经看不到中国机器人的身影，虽然我国已经具有自主知识产权的焊接机器人系列产品，但却不能批量生产，形成规模，有以下几个主要原因： 国内机器人价格没有优势。近10年来，进口机器人的价格大幅度降低，从每台78万美元降低到23万美元，使我国自行制造的普通工业机器人在价格上很难与之竞争。特别是我国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，如伺服电机、减速机等需要进口，使价格难以降低，所以机器人生产成本降不下来；我国焊接装备

13、水平与国外还存在很大差距，这一点也间接影响了国内机器人的发展。对于机器人的最大用户汽车白车身生产厂来说，目前几乎所有的装备都来从国外引进，国产机器人几乎找不到表演的舞台。 我们应该承认国产机器人无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还存在一定的差距。国外工业机器人是个非常成熟的工业产品，经历了30多年的发展历程，而且在实际生产中不断地完善和提高，而我国则处于一种单件小批量的生产状态。 国内机器人生产厂家处于幼儿期，还需要政府政策和资金的支持。焊接机器人是个机电一体化的高技术产品，单靠企业的自身能力是不够的，需要政府对机器人生产企业及使用国产机器人系统的企业给予一定的政策和资金支持，加速我国国

14、产机器人的发展。当前焊接机机器人的的应用迎迎来了难难得的发发展机遇遇。一方方面，随随着技术术的发展展，焊接接机器人人的价格格不断下下降，性性能不断断提升；另一方方面，劳劳动力成成本不断断上升，我我国由制制造大国国向制造造强国迈迈进，需需要提升升加工手手段，提提高产品品质量和和增强企企业竞争争力，这这一切预预示着机机器人应应用及发发展前景景空间巨巨大。3、应用焊焊接机器器人的意意义 焊接机器人人之所以以能够占占据整个个工业机机器人总总量的440%以以上，与与焊接这这个特殊殊的行业业有关，焊焊接作为为工业“裁缝”，是工工业生产产中非常常重要的的加工手手段，同同时由于于焊接烟烟尘、弧弧光、金金属飞溅

15、溅的存在在，焊接接的工作作环境又又非常恶恶劣，焊焊接质量量的好坏坏对产品品质量起起决定性性的影响响。归纳纳起来采采用焊接接机器人人有下列列主要意意义： 1）稳定和和提高焊焊接质量量,保证证其均一一性。焊焊接参数数如焊接接电流、电电压、焊焊接速度度及焊接接干伸长长度等对对焊接结结果起决决定作用用。采用用机器人人焊接时时对于每每条焊缝缝的焊接接参数都都是恒定定的，焊焊缝质量量受人的的因素影影响较小小,降低低了对工工人操作作技术的的要求，因因此焊接接质量是是稳定的的。而人人工焊接接时，焊焊接速度度、干伸伸长等都都是变化化的，因因此很难难做到质质量的均均一性。 2）改善了了工人的的劳动条条件。采采用机

16、器器人焊接接工人只只是用来来装卸工工件，远远离了焊焊接弧光光、烟雾雾和飞溅溅等，对对于点焊焊来说工工人不再再搬运笨笨重的手手工焊钳钳，使工工人从大大强度的的体力劳劳动中解解脱出来来。 3）提高劳劳动生产产率。机机器人没没有疲劳劳，一天天可244小时连连续生产产，另外外随着高高速高效效焊接技技术的应应用，使使用机器器人焊接接，效率率提高的的更加明明显。 4）产品周周期明确确，容易易控制产产品产量量。机器器人的生生产节拍拍是固定定的，因因此安排排生产计计划非常常明确。 5）可缩短短产品改改型换代代的周期期,减小小相应的的设备投投资。可可实现小小批量产产品的焊焊接自动动化。机机器人与与专机的的最大区

17、区别就是是他可以以通过修修改程序序以适应应不同工工件的生生产。 4、焊接机机器人的的技术研研究机器人技术术是综合合了计算算机、控控制论、机机构学、信信息和传传感技术术、人工工智能、仿仿生学等等多学科科而形成成的高新新技术，当当前对机机器人技技术的研研究十分分活跃。从从目前国国内外研研究现状状来看，焊焊接机器器人技术术研究主主要集中中在焊缝缝跟踪技技术、离离线编程程与路径径规划技技术、多多机器人人协调控控制技术术、专用用弧焊电电源技术术、焊接接机器人人系统仿仿真技术术、机器器人用焊焊接工艺艺方法、遥遥控焊接接技术等等方面。4.1 焊焊缝跟踪踪技术的的研究焊接机器人人施焊过过程中，由由于环境境因素

18、的的影响，如如：强弧弧光辐射射、高温温、烟尘尘、飞溅溅、坡口口状况、加加工误差差、夹具具装夹精精度、表表面状态态和工件件热变形形等，实实际焊接接条件的的变化往往往会导导致焊炬炬偏离焊焊缝，从从而造成成焊接质质量下降降甚至失失败。焊焊缝跟踪踪技术的的研究就就是根据据焊接条条件的变变化要求求弧焊机机器人能能够实时时检测出出焊缝的的偏差，并并调整焊焊接路径径和焊接接参数，保保证焊接接质量的的可靠性性。焊缝缝跟踪技技术的研研究以传传感器技技术与控控制理论论方法为为主， 其中传传感技术术的研究究又以电电弧传感感器和光光学传感感器为主主。电弧弧传感器器是从焊焊接电弧弧自身直直接提取取焊缝位位置偏差差信号，

19、实实时性好好，焊枪枪运动灵灵活，符符合焊接接过程低低成本自自动化的的要求，适适用于熔熔化极焊焊接场合合。电弧弧传感的的基本原原理是利利用焊炬炬与工件件距离的的变化而而引起的的焊接参参数变化化，来探探测焊炬炬高度和和左右偏偏差。电电弧传感感器一般般分为三三类：并并列双丝丝电弧传传感器、摆摆动电弧弧传感器器、旋转转式扫描描电弧传传感器，其其中旋转转电弧传传感器比比前两者者的偏差差检测灵灵敏度高高，控制制性能较较好。光光学传感感器的种种类很多多，主要要包括红红外、光光电、激激光、视视觉、光光谱和光光纤式，光光学传感感器的研研究又以以视觉传传感器为为主，视视觉传感感器所获获得的信信息量大大，结合合计算

20、机机视觉和和图像处处理的最最新技术术，大大大增强弧弧焊机器器人的外外部适应应能力。激激光跟踪踪传感具具有优越越的性能能，成为为最有前前途、发发展最快快的焊接接传感器器。另一一方面，由由于近代代模糊数数学和神神经网络络的出现现以及应应用到焊焊接这个个复杂的的非线性性系统中中使得焊焊缝跟踪踪进入了了智能焊焊缝跟踪踪的新时时代。4.2 离离线编程程与路径径规划技技术的研研究机器人离线线编程系系统是机机器人编编程语言言的拓广广，它利利用计算算机图形形学的成成果，建建立起机机器人及及其工作作环境的的模型，利利用一些些规划算算法，通通过对图图形的控控制和操操作，在在不使用用实际机机器人的的情况下下进行轨轨

21、迹规划划，进而而产生机机器人程程序。自自动编程程技术的的核心是是焊接任任务、焊焊接参数数、焊接接路径和和轨迹的的规划技技术针对对弧焊应应用，自自动编程程技术可可以表述述为在编编程各阶阶段中，能能够辅助助编程者者完成独独立的、具具有一定定实施目目的和结结果的编编程任务务的技术术，具有有智能化化程度高高、编程程质量和和效率高高等特点点。离线线编程技技术的理理想目标标是实现现全自动动编程，即即只需输输入工件件的模型型，离线线编程系系统中的的专家系系统会自自动制定定相应的的工艺过过程并最最终生成成整个加加工过程程的机器器人程序序。目前前，还不不能实现现全自动动编程，自自动编程程技术是是当前研研究的重重

22、点。4.3多机机器人协协调控制制技术的的研究多机器人系系统是指指为完成成某一任任务由若若干个机机器人通通过合作作与协调调组合成成一体的的系统。它它包含两两方面的的内容，即即多机器器人合作作与多机机器人协协调。当当给定多多机器人人系统某某项任务务时首先先面临的的问题是是如何组组织多个个机器人人去完成成任务，如如何将总总体任务务分配给给各个成成员机器器人，即即机器人人之间怎怎样进行行有效地地合作。当当以某种种机制确确定了各各自任务务与关系系后，问问题变为为如何保保持机器器人间的的运动协协调一致致，即多多机器人人协调。对对于由紧紧耦合子子任务组组成的复复杂任务务而言，协协调问题题尤其突突出。智智能体

23、技技术是解解决这一一问题的的最有力力的工具具，多智智能体系系统是研研究在一一定的网网络环境境中，各各个分散散的、相相对独立立的智能能子系统统之间通通过合作作，共同同完成一一个或多多个控制制作业任任务的技技术。多多机器人人焊接的的协调控控制是目目前的一一个研究究热点问问题。4.4仿真真技术的的研究机器人在研研制、设设计和试试验过程程中，经经常需要要对其进进行运动动学、动动力学性性能分析析以及轨轨迹规划划设计，而而机器人人又是多多自由度度、多连连杆空间间机构，其其运动学学和动力力学问题题十分复复杂，计计算难度度很大。若若将机械械手作为为仿真对对象，运运用计算算机图形形技术 技术和和机器人人学理论论

24、在计算算机中形形成几何何图形，并并动画显显示，然然后对机机器人的的机构设设计、运运动学正正反解分分析、操操作臂控控制以及及实际工工作环境境中的障障碍避让让和碰撞撞干涉等等诸多问问题进行行模拟仿仿真，就就可以解解决研发发过程中中出现的的问题。4.5 遥遥控焊接接技术的的研究遥控焊接是是指人在在离开现现场的安安全环境境中对焊焊接设备备和焊接接过程进进行远程程监视和和控制，从从而完成成完整的的焊接工工作。在在核电站站设备的的维修、海海洋工程程建设以以及未来来的空间间站建设设中都要要用到焊焊接，这这些环境境中的焊焊接工作作不适合合人类亲亲临现场场，而目目前的技技术水平平还不可可能实现现完全的的自主焊焊

25、接，因因此需要要采用遥遥控焊接接技术。目目前美国国、欧洲洲、日本本等国对对遥控焊焊接进行行了深入入的研究究，国内内哈尔滨滨工业大大学也正正在进行行这方面面的研究究。4.6 TCPP（toool cennterr poointt工具中中心点）自自动校零零技术的的研究 焊接机机器人的的工具中中心点就就是焊枪枪的焊丝丝的端点点，因此此TCPP的零位位精度直直接影响响着焊接接质量的的稳定性性。但在在实际生生产中不不可避免免会发生生焊枪与与夹具之之间的碰碰撞等不不可预见见性因素素导致TTCP位位置偏离离。通常常的做法法是利用用手动进进行机器器人TCCP校零零，但一一般全过过程需要要30mmin才才能完成

26、成，影响响生产效效率。TTCP自自动校零零是用在在机器人人焊接中中的一项项新技术术，它的的硬件设设施是由由一梯形形固定支支座和一一组激光光传感器器组成。当当焊枪以以不同姿姿态经过过TCPP支座时时，激光光传感器器都将记记录下的的数据传传递到CCPU与与最初设设定值进进行比较较与计算算。当TTCP发发生偏离离时，机机器人会会自动运运行校零零程序，自自动对每每根轴的的角度进进行调整整，并在在最少的的时间内内恢复TTCP零零位。44.7 双丝丝焊接技技术的研研究 近近年来由由于我国国汽车、集集装箱、机机车车辆辆、工程程机械等等行业的的高速发发展，对对高速焊焊和高熔熔敷效率率焊接的的需求越越来越多多。

27、双丝丝焊是近近年来发发展起来来的一种种高速高高效焊接接方法，焊焊接薄板板时可以以显著提提高焊接接速度，达达到36m/minn，焊接接厚板时时可以提提高熔敷敷效率。除除了高速速高效外外，双丝丝焊接还还有其他他的工艺艺特点：在熔敷敷效率增增加时保保持较低低的热输输入，热热影响区区小，焊焊接变形形小，焊焊接气孔孔率低等等。 由由于焊接接速度非非常高，特特别适合合采用机机器人焊焊接，因因此可以以说机器器人的应应用也推推动了这这一先进进焊接技技术的发发展。 目前双双丝焊主主要有两两种方式式：一种种是Twwin arcc法，另另一种为为Tanndemm法。焊焊接设备备的基本本组成类类似，都都是由两两个焊接

28、接电源、两两个送丝丝机和一一个共用用的送双双丝的电电缆。为为了防止止同相位位的两个个电弧的的相互干干扰，常常采用脉脉冲MIIG/脉脉冲MAAG焊法法，并保保持两个个电弧轮轮流交替替燃烧。这这样一来来，就要要求一个个协同控控制器保保证两个个电源的的输出电电流波形形相位相相差1880。当焊焊接参数数设置到到最佳时时，脉冲冲电弧能能得到无无短路、几几乎无飞飞溅的过过渡过程程，真正正做到“1个脉脉冲过渡渡1个熔熔滴”，每个个熔滴的的大小几几乎完全全相同，其其大小是是由电弧弧功率来来决定。 Twiin aarc法法的主要要生产厂厂家有德德国的SSKS、BBenzzel和和Nimmarkk公司，美美国的M

29、Milller公公司。 Tanndemm法的主主要厂家家有德国国的Cllooss、奥地地利Frroniius和和美国LLinccolnn公司。据据德国CClooos公司司介绍，采采用Taandeem法焊焊接23mmm薄板时时，焊接接速度可可达6mm/miin，焊焊接8mmm以上上厚板时时，熔敷敷效率可可达244kg/h。44.8 激光光/电弧弧复合焊焊接技术术 激光光/电弧弧复合焊焊接技术术是激光光焊接与与气体保保护焊的的联合，两两种焊接接热源同同时作用用于一个个焊接熔熔池。该该技术的的研究最最早出现现在200世纪770年代代末，但但由于激激光器的的昂贵价价格，限限制了其其在工业业中的应应用。

30、随随着激光光器和电电弧焊设设备性能能的提高高，以及及激光器器价格的的不断降降低，同同时为了了满足生生产的迫迫切需求求，激光光/电弧弧复合焊焊接技术术近年来来成为焊焊接领域域最重要要的研究究课题之之一。 激光/电弧复复合焊接接技术有有多种形形式的组组合，有有激光/TIGG、激光光/MAAG和激激光/MMAG等等。 激激光/电电弧复合合焊接技技术之所所以受到到青睐是是由于其其兼各热热源之长长而补各各自之短短，具有有1 112或或更多的的“协同效效应”。与激激光焊接接相比，对对装配间间隙的要要求降低低，因而而降低了了焊前工工件制备备成本；另外由由于有填填充焊丝丝消除了了激光焊焊接时存存在的固固有缺陷

31、陷，焊缝缝更加致致密。与与电弧焊焊相比提提高了电电弧的稳稳定性和和功率密密度，提提高了焊焊接速度度和焊缝缝熔深，热热影响区区变小，降降低了工工件的变变形，消消除了起起弧时的的熔化不不良缺陷陷。在这这点上特特别适合合铝及其其合金的的焊接。 激光/电弧复合焊接技术是对激光焊接的重大发展，焊接同样板厚的材料可降低激光功率一半左右，因此大大降低了企业的投资成本，该技术的发展对推动激光焊接的普及将起重要的作用。4.9专用用弧焊电电源的研研究在焊接机器器人系统统中，电电器性能能良好的的专用弧弧焊电源源直接影影响焊接接机器人人的使用用性能。目目前，弧弧焊机器器人一般般采用熔熔化极气气体保护护焊（MMIG 焊

32、、MMAG 焊、CCO 焊焊）或非非熔化极极气体保保护焊（TIG、等离子弧焊）方法，熔化极气体保护焊焊接电源主要使用晶闸管电源与逆变电源。近年来，弧焊逆变器的技术已趋于成熟，机器人用的专用弧焊逆变电源大多为单片微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在 2050 KHZ，最高的可达200HZ，焊接系统具有十分优良的动特性，非常适合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，可以更好保证焊缝熔宽和熔深的基本一致，不仅焊缝表面美观，而且还能减少焊接缺陷

33、。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很小，具有较高的重复性，焊接质量稳定、成型良好。另外，利用 DSP的快速响应，可以通过主控制系统的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弧压高速稳定调节的功能，适应多种焊接方法对电源的要求。4.10机机器人用用焊接工工艺方法法的研究究 目前，弧弧焊机器器人普遍遍采用气气体保护护焊方法法，主要要是熔化化极气体体保护焊焊，其次次是钨极极氩气保保护焊，等等离子弧弧焊、切切割及机机器人激激光焊数数量有限限，比例例较低。发发达国家家的弧焊焊机器人人已普遍遍采用高高速、高高效气体体保护焊焊接工艺

34、艺，如双双丝气体体保护焊焊、T.M.EE 焊、热热丝TIIG焊、热热丝等离离子焊等等先进的的工艺方方法，不不仅有效效地保证证了优良良的焊接接接头，还还使焊接接速度和和熔敷效效率提高高数倍至至几十倍倍。4.11 伺服服焊钳技技术的汽汽车装焊焊工艺中中的应用用 伺服服机器人人焊钳，就就是利用用伺服电电机替代代压缩空空气做为为动力源源的一种种新型焊焊钳。它它具有以以下优点点： (1)提提高车身身的表面面质量 伺服焊焊钳由于于采用的的是伺服服电机，电电极的动动作速度度在接触触到工件件前，可可由高速速准确地地调整到到低速，这这样，就就可以形形成电极极对工件件的软接接触，减减轻电极极冲击所所造成的的压痕，

35、从从而也减减轻了后后序车身身表面修修磨处理理量，提提高了车车身质量量。而且且，应用用伺服控控制技术术可以对对焊接参参数进行行数字化化控制管管理，可可以保证证提供出出最适焊焊接参数数数据，保保证焊接接质量。 (2)改善作业环境 由于电极对工件的是软接触，可以减轻冲击噪声，也不会出现使用气动焊钳时所造成的排气噪音。改善了现场的作业环境。 (3)高生产效率 伺服焊钳的加压开放动作由机器人来自动控制。与气动焊钳相比，伺服焊钳的动作路径可以控制到最短化，缩短生产节拍，提高生产效率。 目前，从投资的角度来考虑，购买伺服焊钳设备的一次投入较高，因此，伺服焊钳还不能被广泛采用。但是，考虑到伺服焊钳的优势，如伺

36、服焊钳的软接触化，对工件的冲击可减轻，从而可以相对减少焊接夹具夹紧机构的数量，削减夹具的费用等，也可以减少生产线的整体投资额，伺服焊钳仍有其广阔的应用空间。因此，随着发展，伺服焊钳会越来越多应用于生产线上。 工业机器人技术的研究、发展与应用，有力地推动了世界工业技术的进步。特别是焊接机器人在高质高效的焊接生产中，发挥了极其重要的作用。5、焊接机机器人的的技术展展望为了适应工工业生产产系统向向大型、复复杂、动动态和开开放方向向发展的的需要，发发达国家家都在加加大力度度，对机机器人技技术进行行深入研研究。从从技术发发展趋势势看，智智能化控控制技术术将是焊焊接机器器人技术术发展的的主要方方向。5.1

37、视觉觉控制技技术焊接机器人人视觉控控制技术术是通过过对焊接接区图像像进行采采集产生生视频信信号送至至图像处处理机，对对图像进进行快速速处理并并提取跟跟踪特征征参量，进进行数据据识别和和计算，通通过逆运运动学求求解得到到机器人人各关节节位置给给定值，最最后控制制高精度度的末端端执行机机构，整整机器人人的位姿姿。视觉觉控制的的关键在在于视觉觉测量，在在焊接过过程中视视觉技术术分为直直接视觉觉传感和和间接视视觉传感感两种形形式。直直接视觉觉传感技技术是一一种常用用的非接接触式传传感形式式，主要要优点是是不接触触工件，不不干扰正正常的焊焊接过程程，获取取的信息息量大，通通用性强强。早先先，研究究人员直

38、直接利用用电弧光光照射熔熔池前方方的工件件间隙获获取焊接接区焊缝缝信息，根根据熔池池前方不不同远近近处电弧弧光强度度的闪烁烁来实现现焊接过过程中的的焊缝跟跟踪，典典型的例例子是利利用带有有 摄像像机的微微型计算算机控制制系统对对焊接熔熔池行为为进行观观察和控控制。现现在，基基于激光光三角形形的视觉觉系统具具有高度度的灵活活性而且且价格低低、精度度高、获获取信息息能力强强，不受受周围噪噪声和电电弧产生生的高温温影响，获获得的信信息可以以用于多多种自适适应功能能。弧焊焊中使用用激光视视觉系统统可以抗抗电弧辐辐射、火火焰、热热金属飞飞溅、振振动冲击击和高温温，这种种传感器器正在成成为智能能自适应应焊

39、接机机器人焊焊接优先先选用的的视觉系系统。5.2模糊糊控制技技术由于焊接机机器人系系统具有有非线性性和时变变特点，难难以用精精确的数数学模型型进行描描述，用用传统的的控制方方法难以以实现最最佳控制制而模糊糊控制具具有自适适应和鲁鲁棒性等等特点，它它为机器器人焊接接控制提提供了一一个理想想的控制制方法。模模糊控制制是智能能控制的的较早形形式，它它吸取了了人的思思维具有有模糊性性的特点点，使用用模糊数数学中的的隶属函函数、模模糊关系系、模糊糊推理和和决策等等工具，巧巧妙地综综合了人人们的直直觉经验验，从而而在其他他经典控控制理论论和现代代控制理理论不太太奏效的的场合能能够实现现较满意意的控制制。将

40、模模糊控制制理论和和实际焊焊接过程程相结合合，发展展成为专专用焊接接控制器器，进一一步发展展成为了了通用型型焊接模模糊控制制器。模模糊控制制具有较较完善的的控制规规则，模模糊控制制综合定定量知识识的能力力较差，当当对象动动态特性性发生变变化，或或者受到到随机干干扰的影影响都会会影响模模糊控制制的效果果。因此此在模糊糊控制理理论方面面，人们们对常规规模糊控控制进行行了改进进，设计计了一些些高性能能模糊控控制器，有有效解决决精度较较低、自自适应能能力有限限及设备备产生振振荡现象象等问题题。5.3 神神经网络络控制技技术神经网络控控制是研研究和利利用人脑脑的某些些结构、机机理以及及人的知知识和经经验

41、对系系统进行行控制，它它是神经经网络作作为人工工智能的的一种途途径在控控制领域域的渗透透。用神神经网络络设计的的控制系系统适应应性、鲁鲁棒性均均较好，能能处理时时变、多多因素、非非线性等等复杂焊焊接过程程的控制制问题。人人工神经经网络具具有很强强的自学学习、自自适应能能力信息息存储量量大，容容错性好好，能够够实现并并行联想想搜索解解空间和和完成自自适应推推理，提提高智能能系统的的智能水水平、知知识处理理能力及及强壮性性。因此此，在机机器人焊焊接质量量控制中中可采用用神经网网络建立立焊接过过程模型型从而解解决线性性控制方方法所不不能克服服的问题题，弥补补传统专专家系统统以及模模糊控制制的不足足，

42、现在在焊接机机器人神神经网络络控制系系统中使使用较多多的是前前馈式多多层神经经网络。5.4嵌入入式控制制技术的的应用 嵌入式系系统以其其小型、专专用、易易携带、可可靠性高高的特点点，已经经在焊接接机器人人控制领领域得到到了应用用，嵌入入式控制制系统具具备网络络和人机机交互能能力，可可以取代代以往基基于微处处理器的的控制方方式嵌入入式控制制器具有有液晶显显示器，可可以替代代 显显示器在在控制系系统中所所扮演的的角色，键键盘响应应也具有有很高的的实时性性，满足足信息的的输入和和对控制制系统的的干预等等工作。经经实验和和实际应应用表明明，嵌入入式控制制器比基基本的模模糊控制制器具有有更好的的控制性性

43、能嵌入入式为焊焊接工艺艺的在线线监测提提供了新新的技术术方法，它它能确保保焊接质质量“零缺陷陷”的目标标得以实实现。6、焊接机机器人应应用工程程焊接机器人人应用技技术是机机器人技技术、焊焊接技术术和系统统工程技技术的融融合，焊焊接机器器人能否否在实际际生产中中得到应应用，发发挥其优优越的特特性，取取决于人人们对上上述技术术的融合合程度。经经过近110年的的努力，我我国在机机器人焊焊装夹具具设计方方面积累累了较丰丰富的经经验，机机器人周周边设备备实现了了标准化化，具有有年产3300余余套焊接接机器人人工作站站的能力力。可以以说国内内的系统统集成商商在机器器人工作作站及简简单的焊焊装线的的设计开开

44、发方面面具有了了与国外外系统集集成商抗抗衡的能能力，近近几年为为国内汽汽车零部部件等企企业提供供了大量量的机器器人焊接接系统。但但是另外外一个严严重的事事实是，我我们还不不具备制制造高水水平的机机器人成成套焊装装线的能能力。国国内几大大汽车厂厂的车身身焊装线线都是由由国外机机器人系系统集成成商设计计制造的的。 作为焊焊接机器器人的最最大用户户，预计计未来的的10年年我国汽汽车年产产量要达达到千万万辆，现现在的焊焊接装备备远远满满足不了了生产需需求，对对焊接装装备的需需求量将将大幅增增加，焊焊装生产产线要求求更加自自动化和和柔性化化，以适适应多品品种、小小批量的的生产要要求，机机器人将将大量应应

45、用于焊焊接生产产线中。对对我国的的机器人人系统集集成商来来说如何何抓住机机遇是当当前要解解决的重重要课题题，从另另一方面面讲也决决定着国国产焊接接机器人人的命运运。 1)实实行企业业联合。机机器人系系统集成成商与汽汽车制造造商联合合，消化化吸收国国外汽车车焊装线线。 2)建建立自己己的焊接接装备设设计标准准及数模模，提高高设计水水平和效效率。 3)加加强人才才培养建建设。机机器人焊焊接生产产线是个个复杂的的系统工工程，涉涉及到机机械、电电气、物物流 传传输、计计算机、汽汽车设计计制造、机机器人技技术、焊焊接技术术等多种种学科，而而我国目目前还没没有 关关于这方方面较为为系统的的培训机机构。 4

46、)加加强与国国外公司司的合作作，通过过合作学学习提高高自己的的设计水水平。7、焊接机机器人发发展趋势势焊接机器人人在高质质量、高高效率的的焊接生生产中，发发挥了极极其重要要的作用用。工业业机器人人技术的的研究、发发展与应应用，有有力地推推动了世世界工业业技术的的进步。近近年来，焊焊接机器器人技术术的研究究与应用用在焊缝缝跟踪、信信息传感感、离线线编程与与路径规规划、智智能控制制、电源源技术、仿仿真技术术、焊接接工艺方方法、遥遥控焊接接技术等等方面取取得了许许多突出出的成果果。随着着计算机机技术、网网络技术术、智能能控制技技术、人人工智能能理论以以及工业业生产系系统的不不断发展展，焊接接机器人人

47、技术领领域还有有很多亟亟待我们们去研究究的问题题，特别别是焊接接机器人人的视觉觉控制技技术、模模糊控制制技术、智智能化控控制技术术、嵌入入式控制制技术、虚虚拟现实实技术、网网络控制制技术等等将是未未来研究究的主要要方向。 目目前国际际机器人人界都在在加大科科研力度度，进行行机器人人共性技技术的研研究。从从机器人人技术发发展趋势势看，焊焊接机器器人和其其它工业业机器人人一样，不不断向智智能化和和多样化化方向发发展。具具体而言言，表现现在如下下几个方方面：1)机器人人操作机机结构： 通通过有限限元分析析、模态态分析及及仿真设设计等现现代设计计方法的的运用，实实现机器器人操作作机构的的优化设设计。

48、探探索新的的高强度度轻质材材料，进进一步提提高负载载/自重重比。例例如，以以德国KKUKAA公司为为代表的的机器人人公司，已已将机器器人并联联平行四四边形结结构改为为开链结结构，拓拓展了机机器人的的工作范范围，加加之轻质质铝合金金材料的的应用，大大大提高高了机器器人的性性能。此此外采用用先进的的RV减减速器及及交流伺伺服电机机，使机机器人操操作机几几乎成为为免维护护系统。 机机构向着着模块化化、可重重构方向向发展。例例如，关关节模块块中的伺伺服电机机、减速速机、检检测系统统三位一一体化；由关节节模块、连连杆模块块用重组组方式构构造机器器人整机机；国外外已有模模块化装装配机器器人产品品问市。 机

49、机器人的的结构更更加灵巧巧，控制制系统愈愈来愈小小，二者者正朝着着一体化化方向发发展。 采采用并联联机构，利利用机器器人技术术，实现现高精度度测量及及加工，这这是机器器人技术术向数控控技术的的拓展，为为将来实实现机器器人和数数控技术术一体化化奠定了了基础。意意大利CCOMAAU公司司，日本本FANNUC等等公司已已开发出出了此类类产品。2)机器人人控制系系统： 重重点研究究开放式式，模块块化控制制系统。向向基于PPC机的的开放型型控 制制器方向向发展，便便于标准准化、网网络化；器件集集成度提提高，控控制柜日日见小巧巧，且采采用模块块化结构构；大大大提高了了系统的的可靠性性、易操操作性和和可维修

50、修性。控控制系统统的性能能进一步步提高，已已由过去去控制标标准的66轴机器器人发展展到现在在能够控控制211轴甚至至27轴轴，并且且实现了了软件伺伺服和全全数字控控制。 人人机界面面更加友友好，语语言、图图形编程程界面正正在研制制之中。机机器人控控制器的的标准化化和网络络化，以以及基于于PC机机网络式式控制器器已成为为研究热热点。 编编程技术术除进一一步提高高在线编编程的可可操作性性之外，离离线编程程的实用用化将成成为研究究重点，在在某些领领域的离离线编程程已实现现实用化化。3)机器人人传感技技术： 机机器人中中的传感感器作用用日益重重要，除除采用传传统的位位置、速速度、加加速度等等传感器器外

51、，装装配、焊焊接机器器人还应应用了激激光传感感器、视视觉传感感器和力力传感器器，并实实现了焊焊缝自动动跟踪和和自动化化生产线线上物体体的自动动定位以以及精密密装配作作业等，大大大提高高了机器器人的作作业性能能和对环环境的适适应性。 遥遥控机器器人则采采用视觉觉、声觉觉、力觉觉、触觉觉等多传传感器的的融合技技术来进进行环境境建模及及决策控控制。为为进一步步提高机机器人的的智能和和适应性性，多种种传感器器的使用用是其问问题解决决的关键键。其研研究热点点在于有有效可行行的多传传感器融融合算法法，特别别是在非非线性及及非平稳稳、非正正态分布布的情形形下的多多传感器器融合算算法。另另一问题题就是传传感系

52、统统的实用用化。4)网络通通信功能能： 日日本YAASKAAWA和和德国KKUKAA公司的的最新机机器人控控制器已已实现了了与Caanbuus、PProffibuus总线线及一些些网络的的联接，使使机器人人由过去去的独立立应用向向网络化化应用迈迈进了一一大步，也也使机器器人由过过去的专专用设备备向标准准化设备备发展。5)机器人人遥控和和监控技技术 在在一些诸诸如核辐辐射、深深水、有有毒等高高危险环环境中进进行焊接接或其它它作业，需需要有遥遥控的机机器人代代替人去去工作。当当代遥控控机器人人系统的的发展特特点不是是追求全全自治系系统，而而是致力力于操作作者与机机器人的的人机交交互控制制，即遥遥控

53、加局局部自主主系统构构成完整整的监控控遥控操操作系统统，使智智能机器器人走出出实验室室进入实实用化阶阶段。美美国发射射到火星星上的“索杰纳纳”机器人人就是这这种系统统成功应应用的最最著名实实例。多多机器人人和操作作者之间间的协调调控制，可可通过网网络建立立大范围围内的机机器人遥遥控系统统，在有有时延的的情况下下，建立立预先显显示进行行遥控等等。6)虚拟机机器人技技术： 虚虚拟现实实技术在在机器人人中的作作用已从从仿真、预预演发展展到用于于过程控控制，如如使遥控控机器人人操作者者产生置置身于远远端作业业环境中中的感觉觉来操纵纵机器人人。基于于多传感感器、多多媒体和和虚拟现现实以及及临场感感技术，

54、实实现机器器人的虚虚拟遥操操作和人人机交互互。7)机器人人性能价价格比： 机机器人性性能不断断提高(高速度度、高精精度、高高可靠性性、便于于操作和和维修)，而单单机价格格不断下下降。由由于微电电子技术术的快速速发展和和大规模模集成电电路的应应用，使使机器人人系统的的可靠性性有了很很大提高高。过去去机器人人系统的的可靠性性MTBBF一般般为几千千小时，而而现在已已达到55万小时时，可以以满足任任何场合合的需求求。8)多智能能体调控控技术： 这这是目前前机器人人研究的的一个崭崭新领域域。主要要对多智智能体的的群体体体系结构构、相互互间的通通信与磋磋商机理理，感知知与学习习方法，建建模和规规划、群群体行为为控制等等方面进进行研究究。 近近年来，人人类的活活动领域域不断扩扩大，机机器人应应用也从从制造领领域向非非制造领领域发展展。像海海洋开发发、宇宙宙探测、采采掘、建建筑、医医疗、农农林业、服服务、娱娱乐等行行业都提提出了自自动化和和机器人人化的要要求。这这些行业业与制造造业相比比，其主主要特点点是工作作环境的的非结构构化和不不确定性性，因而而对机器器人的要要求更高高，需要要机器人人具有行行走功能能，对外