机器人焊接前沿技术—焊接1301 徐昀华

1、.焊接前端技术作业学院：材料科学工程科学学院专业班：焊接1301班姓：徐晁华学号： 130200308任课人民教师：常云龙完成日期： 2016.11.1点焊机器人技术的现状与发展趋势摘要机械人逐渐进入人类社会，在人们的生产、生活中发挥着重要的作用。 本文主要从国内外产业机器人的发展、中国焊接机器人的应用现状、焊接机器人系统的研究、焊接机器人的发展和趋势等方面进行了分析。关键词：点焊机器人汽车应用发展趋势1 .国内外点焊机器人发展现状机械人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，在提高企业技术水平、稳定产品品质、提高生产效率、实现文明生产等方面具有重要作用。 大第一次工业革命使人落入了机器

2、的奴隶人，但机械人的诞生和广泛普及再次恢复了人的尊严。海外随着计算机技术的提高和制造技术的发展，国外点焊机器人技术发展迅速，其精度和可靠性不断提高，云同步，成本不断下降。 西方发达国家也把发展点焊机器人作为研究重点。 日本仅10年左右就形成了自各儿的机械人产业，韩国的机械人发展也极为迅速，到2005年全世界的在役工业机械人约为914000定径套，其中日本约占60%，约一半的产业机械人用于各种形式的焊接加工领域。 美国和德意志等旧布兰德的工业强国在数量上比日本差，但在其技术基础上，由于制作的点焊机器人水平高，在国际市场上还占有一定的优势。国内我国点焊机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、

3、铁元素火车机车等主要行业。 汽车是点焊机器人的最大用户，也是最早的用户。 20世纪70年代末，上海电焊机工厂与上海电动手工工具研究所合作研制出直角坐标机器人手机，上海布兰德轿车底盘车的焊接成功。 一汽公司是中国第一家引进点焊机器人的企业，从1984年开始从KUKA公司引进3台点焊点焊机器人，用于当时的红旗布兰德的轿车车身焊接和解放布兰德的车身掌门人罩的焊接。 1986年将点焊机器人应用于前围板总成的焊接，1988年开发了机械人车体总焊接线。 20世纪80年代末和20世纪90年代初，德意志的办公照明度公司分别成立了上海和一汽合资汽车厂生产轿车，是国外的二手设备，其焊接自动化程度和装备水平认识到了

4、与国外的很大差别。 随后，二汽将点焊机器人引进卡车和轻量化汽车项目工程。 20世纪90年代以来的技术引进和技术装备、技术装备的引进，使我国的汽车制造水平从以前的车间生产提高到规模化生产，为云同步，使海外点焊机器人大量进驻中国。 我国基础设施建设的高速发展带动了工程机械行业的繁荣，工程机械行业也成为较早引入点焊机器人的行业之一。 近年来，随着我国经济的高速发展、能源的大量需求，能源相关制造行业也开始寻求自动焊接技术，点焊机器人备受瞩目。 铁元素道火车机车行业随着我国货物运输、客运、城市地铁等需求量的增加和动车组高速化的需要，机械人需求稳步增加。 根据2001年的统订，全国有各种点焊机器人040台

5、，汽车制造和汽车零部件生产企业的点焊机器人占全焊透机械人的76%。 汽车行业现货点焊机器人与弧焊机器人的比例为3:2，其他行业以弧焊机器人为主，主要分布于工程机械(10% )、摩托车(6% )、铁元素车辆(4% )、锅炉(1% )等行业。 点焊机器人也主要分布在全国几个汽车制造厂。 目前我国应用的机械人主要分为日系、欧系和国产3种。 日系主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。 欧系主要有德意志KUKA、CLOOS、瑞典ABB、意大利COMAU、奥地利IGM公司。 国产机械人主要是沈阳新松机械人公司的产品。 目前，在中国已经有自主知识产权的点焊机器人系列产品，但无法量产

6、，形成了规模。要查明其原因，有以下几点(一)国内机械人价格无优势； 近十年来，进口机械人价格大幅下跌，由78万美元/台降至23万美元/台，我国自制的普通产业机械人在价格上难以竞争。 特别是我国在研发机械人初期，需要相应的零配件产业，如伺服电机、减速机等的进口，由于价格不易降低，加上机械人的生产成本较高，我国的焊接装备水平与国外存在较大差异，也间接影响了国内机器人的发展。 对于机械人最大用户一汽白车身制造商来说，大部分装备都是从国外引进的，国产机械人找不到表演的舞台。(2)国产机械人在连特罗尔水平和可靠性等方面也与海外公司有一定的差距。 国外工业机械人是非常成熟的工业品，经历了30多年的发展过程

7、，而且在实际生产中不断完善提高的我国还处于单品小批量的生产状态。(3)国内的机械人制造商在幼儿期，也需要政府的政策和资金的通讯端口。 点焊机器人是机电学的高科技产品，仅仅靠企业自身的能力是不一盏茶的，政府需要对机械人生产企业和使用国产机械人系统的企业给予一定的政策和资金援助，加快中国机械人的发展。2 .机械人焊接技术的好处随着搅拌摩擦焊技术研究的深度和工程化应用的普及，越来越多的产品制造采用了这种新型的焊接技术，虽然云同步上产品的结构也越来越复杂，但传统的龙门式搅拌摩擦焊设备只能满足直线或平面二次元焊接的要求，无法满足复杂结构的焊接。 机械人搅拌摩擦焊技术和装备近年来成为搅拌摩擦焊装备的重要发

8、展方向，这是因为工业机械人具有较高的灵活性，实现了复杂的轨迹运动，使得焊接复杂的结构成为可能。 机器人搅拌摩擦焊接技术能够提高焊接自动化程度和生产效率，其技术优势和社会经济效益显着。 在使用机械人进行搅拌摩擦焊情况下，由于机械人的柔软性高、焊接过程稳定、不需要人为的干扰作用，因此焊接质量显着提高，是有利的降低焊接生产成本。 根据国外的统一修订，虽然机械人搅拌摩擦焊单体的焊接成本比机械人电弧焊低20%，但采用多轴搅拌摩擦焊设备的成本只有电弧焊的一半。 由此可知，使用机械人进行了搅拌摩擦焊接在大规模工业生产中有显着的成本优势。此外，机械人搅拌摩擦焊的主要技术优势包括：(一)节能、高效、焊接过程不受

9、污染；(2)适用于平面二维、空间三维等复杂结构的焊接(3)能够配合外部轴扩大机械人的工作空间(4)能够实现压力控制、扭矩控制等多模式过程控制(5)接头质量良好，焊接过程稳定。3 .点焊机器人的研究现状目前国内外点焊机器人技术研究主要集中在五个方面：机械人焊接技术、点焊机器人系统模拟技术、机械人专用弧焊电源技术、多台点焊机器人及外围设备的协调控制技术及焊接跟踪技术等。1 .机械人用焊接工艺在机械人焊接中，目前最常用的电弧焊接技术是气体保护电弧焊，该方法主要包括熔化极电弧焊接和富氩混合气体保护电弧焊。 除了这两种方法，钨极氩瓦斯气体保护焊接被广泛使用。 弧焊机器人技术在发达国家使用的方法多为热合十

10、礼等离子焊接、热合十礼钨极惰性气体保护焊等先进技术。2 .点焊机器人系统的虚拟仿真技术机械人研究的跨学科性是众多研究者关注的重点，在研究开发过程中往往遇到动力学、运动学方面的问题，而且由于机械人多网络链接空间结构、自由度高，所以研究开发过程中所面临的问题更为复杂多样。 以机械人的虚拟仿真技术为例，在设定修正过程中采用机械人理论、CAD和修正机格拉夫快速设定修正等技术在修正机上以漫动画姿态出现，然后模拟了机械人的操作臂控制、运动学正反解分析以及实际运行中遇到的耐干扰作用和避免问题，用这种方法很好地解决了问题。3 .机械人专用弧焊电源技术在研发点焊机器人时，不仅要重视机械人系统的研究、设置和机械人

11、的焊接技术，还要重视弧焊电源。 弧焊电源具有良好的电气设备性能，能够更大程度地发挥点焊机器人的功能。4 .多台点焊机器人及外围设备的协调控制技术严格来说，点焊机器人是点焊机器人系统或工作站，通常包括熔接机系统、机械人控制柜、机械人主体和送丝用户针织面料等。 在实际的操作中，只需灵活整合位移机、点焊机器人、电弧焊接电源等，即可发挥其作用。5 .焊接跟踪技术一般来说，电弧焊能保证机械人的焊接质量，但随着焊接作业条件和环境的变化，焊枪往往脱离焊接，引起焊接质量问题。 在这种情况下，必须实时检查焊接，检测焊接偏差，调整焊接残奥表和焊接路径等，保证焊接质量。 焊接跟踪技术基于传感器技术和焊接跟踪控制论。

12、(1)传感器技术。 近年来，随着智能技术的发展，出现了基于传统基本传感器的新传感器、智能传感器。 斯玛特传感器技术在机械人传感研究中发挥了重要的推动作用。 电弧传感器的工作原理是从焊接电弧自身直接取得焊接偏差信息，具有不需要附加装置、低成本且实时性强等优点。 光传感器中最有魅力的不是视觉感知传感器。 这是一种有机地集成了光感测技术、修正计算机图像和视觉感知处理方法的技术，能够有效地提高弧焊机器人的自适应能力。 光传感器除了视觉感知传感器外，还有光谱、光纤、光电、红外等种类。(2)焊接跟踪控制的理论和方法。智能控制的雏形是模糊控制，借鉴人类思维的模糊性，结合模糊点焊机器人技术的现状与发展趋势学中

13、的模糊关系、推论与决定等得到控制动作。 模糊控制具有鲁棒性和适应性等优点，很好地适应了时变的点焊机器人系统，为机械人焊接技术的发展和研究奠定了良好的技术基础。神经网络中控是人类颅神经工作反应历程被启发研究的操纵系统，对非线性、时变的焊接系统有很好的适应能力。 机械人可以通过人工神经网络的硬件和软件系统来记忆、联想、学习环境和工作。 与以往的专家系统不同，神经网络进行焊接残奥仪表的处理有独特的特征系统可以在经验的环境和塔斯克中学习，发生上通告的情况下，系统可以根据实验数据和经验的事例进行数据的记录和调用，不需要专门人才的指导。从神经网络算法的特征来看，使用神经网络系统的机械人接收的数据可以是模糊

14、的或不精确的。与投入产出资料的关系没有直接关系时，可以使用没有成型的算法和模型。4 .点焊机器人的发展趋势1 .多传感器信息智能融合技术近年来，随着被使用于机械人系统的传感器的种类、数量增加，出现了各种新的传感器。 例如，医学超声触觉传感器、静电容量式距离传感器、基于导光纤维陀螺惯性测定的三次元运动传感器、具有焊接工件的检测识别定位功能的视觉系统等。 然而，单个感测信号难以保证输入信息的精准性和可靠性，这不能满足智能机械人系统取得环境信息和系统决定能力的要求。 为了有效地利用这些个传感器的信息，需要综合地处理不同的信息，从多个传感器信息中获得单个传感器所没有的新功能和新特征多传感器智能信息融合

15、技术。 利用各种传感信息，得到环境的正确理解，使机械人系统具有容错技术，保证系统信息处理的迅速和精准性。2 .虚拟仿真技术虚拟仿真技术是从时间和空间分解事件的现实性，然后再进行组合的技术。 该技术包括三维校准功能格拉夫锁定技术、多功能传感器的人机交互接口技术和高清晰度显示技术。 虚拟仿真技术可以应用于远程遥控机械人和临场感通讯等。 基于多传感器、多媒体、虚拟仿真和临场感技术，实现机械人虚拟远程遥控与人的交互。 虚拟仿真技术可以模拟焊接工艺。 在计算机上完成焊接工艺，将工艺转化为数字化操作，然后用数字化操作指导实际生产。 通过建构生产加工的仿真模型研究制造活动，用户可以在设置修订阶段了解产品未来

16、的焊接过程，实现对生产系统性能的有效预测评价。 仿真环境下的试运行有利于多进程比较，有利于多机械人焊接轨迹的选择和优化3 .多智能点焊机器人系统多智能机械人系统是近年来兴起的另一项智能技术，是由单体智能仪器发展到需要协调工作的条件而产生的。 多个机械人主体有共同的目标，完成相互关联的动作和作业。 在建构系统时，不是追求单个、巨大复杂的系统，而是根据控制应用的要求分为在功能、物理或时间上具有一定自主能力的本代理，在各本代理之间相互通讯，协调，共同完成复杂的系统控制工作任务，解决一个全局问题。 工作目标一致、信息资源共享、各局部运动主体在全局前提下与感知、行为、控制相协调，是群控机械人系统的发展。

17、 其目标是将大而复杂的硬件或软件系统构成为比较小、独立、相互通讯、协调、易于管理的多个本代理系统。 系统在制造业中的应用研究越来越成熟，这一趋势标志着多种智能自治主体间相互协调、合作的分布式制造系统成为下一代制造业的生产模式，焊接是工业生产的大领域，点焊机器人的发展基本与整个机械人行业的发展同步。 因此，多本代理机械人的研究和发展很快应用于点焊机器人领域。 随着工业生产系统向大型、复杂、动态和开放的方向发展，焊接过程向高度自动化和完全智能化的方向发展，多本代理点焊机器人系统将成为无线热点的研究领域。4、智能控制技术单独使用神经网络和模糊控制时，都存在一定的缺陷。 神经网络的拓扑分析、神经元数、

18、训练样本数等的选择，对其一般化能力有很大影响，目前在这方面还没有统一的理论指导。 在离线训练期间，如果网路残奥表选择不佳，可能会发生无法收敛的现象。 在实际的操纵系统中，时变残奥仪表、扰动等要素一般要求神经网络控制支重轮能够在上线了中进行训练，但是，对于收敛和训练时间等问题，不能得到可靠的保证，在实时性的要求高的情况下不太适合。 在模糊控制中，隶属度函数的选择、模糊关系矩阵修正运算、解模糊化等是10点困难问题。 使用理想的模糊控制特罗尔表需要仔细整理。 量化系数和比例系数的选择也会影响整个系统的质量。 模糊逻辑表现定量知识的能力低，控制精度不太高。 自适应自学能力低，容易发生振动现象。 随着自动智能技术的发展神经网络和模糊逻辑技术的融合