关红刚 宁红岩

【摘 要】焊接机器人是工业生产线最常用的机器人之一，在未来的制造业将会有更广泛的应用和前景，这是因为和人工操作相比，焊接机器人操作更快、效率更高、成本更低、更加精准，而且比人工操作更为安全。因此，闡述了工业机器人的概念、未来发展特点，研究了工业机器人应用的范围，从焊接、装配、搬运和检测四个方面分析了工业机器人的技术应用，对工业机器人的发展有一定的学术价值。

【关键词】机器人；焊接；开发

引言

工业机器人是以自动化技术为基础的机电一体化装置，过去的焊接机器人主要基于电气技术，没有对环境的应对能力。现在的焊接机器人利用传感器功能，对环境有着一定适应能力，体现出了智能化的趋势。而未来的焊接机器人将会大大增加视觉、触觉、听觉等传感器功能，大大提升自主工作能力，甚至建立学习能力。从1961年第一台工业机器人投入使用以来，机器人技术发展已经了有了近60年的历史。

1、工业机器人分类

工业机器人是一种在计算机控制下可编程的自动化加工设备，根据其技术等级、结构坐标系、执行机构运动类型及功能可对机器人进行不同分类。按其技术等级，工业机器人可分为：示教再现机器人、感知机器人及智能机器人。其中，示教再现机器人是一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人；感知机器人具有一定的环境感知能力，在一定程度上能适应环境变化的一类机器人；智能机器人一般指具有感觉要素、运动要素以及思考要素能自动执行工作的机器装置。按结构坐标系，工业机器人可分为：直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型机器人及关节型机器人。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；极坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。

2、工业机器人发展特点

工业机器人是为工业生产制造服务的，它主要具有以下几个特点。第一，可以编程。生产自动化还可以进一步发展，以此达到柔性启动化。这样。工业机器人就可以随着生产场景的变化进行程序的二次开发和在编写，这对于柔性制造具有重要作用。第二，可以拟人。工业机器人的主要用途为代替人员进行重复和重负荷的操作，特别是操作一些高精度要求，还有高危险性的工作[1]。因此，工业机器人的结构设计过程中充分参考人的关节结构功能，像机器人都有类似人的大臂、小臂、手腕、手爪等。随着技术的精进，现在很多工业机器人配备了“生物传感器”，通过对触感、力量、视觉、声音、语言等的感知，增强对周遭环境的判断与适应能力。第三，具有通用性，这是根据机器人的作用范围而言的。工业机器人作为成熟的标准化运动执行机构，其自身结构特征和运动控制系统均为标准化设计。通过更换不同末端执行器，可使工业机器人完成不同作业任务。此外，纵观工业机器人的发展，我们可以看到它是多种技术综合起作用的。它的发展，必将还会反作用于这些技术，推动它们不断前进。

3、焊接机器人的故障分析

焊接机器人的设计越来越复杂，机械性能、成本因素、能耗功率、可移动性、动态特性和动力驱动等都是要充分考虑的。尤其是机器人要在高速运转下工作，如何克服噪音和振动等因素就是要充分考虑的问题。在机器人设计中，我们越来越发现，仿生学的作用愈发明显，机器人和人类一样，在本质上都是物质决定意识的产物，或者说都是按照一定程式在特定触发环境下去工作的。和人类运动能够产生的各种障碍一样，机器人在工作状态下也会遭遇因为原始设计对环境考虑不周而发生的问题。比如人类在进化过程中，因为环境的改变可能会发生职业病，比如阑尾的设计就是进化的多余产物，机器人也是如此，设计是根据特定的环境，可能会因为突发环境的变化而产生故障，因为此时机器人仍然按照原有程式运作。在焊接机器人系统稳定性和机械可靠性以及操作安全性越来越提高的今天，这种环境变化而产生故障因为越来越引起人们的重视，这可能会导致机器人因为判断问题而错误操作。

4、工业机器人技术应用

4.1、机器人焊接应用

焊接机器人承担的就是焊接工作。根据焊接工艺的不同，可以选择不同类型的焊接机器人。在工业生产中，常见的焊接机器人一般包括点焊机器人、弧焊机器人以及激光焊接机器人等。汽车制造是其应用最广泛的领域，点焊以及弧焊机器人使用的频率很高。在汽车制造中，车辆整体的焊接点大约有四千个。且不说焊接难度，只从数量上看，车辆焊接任务量就非常庞大。如果依靠人工，那就需要投入非常多的劳动力。焊接工作本就要求精细，车辆作为人的代步工具，它对焊接的质量要求就更高。所以，为节约时间、节省劳动力资源以及保障车辆焊接质量，在汽车焊接工作中就可以充分利用焊接机器人。还要加大研发力度，加强焊接机器人在其他工业领域的应用。

4.2、工艺可靠性分析

为了确保焊接的稳定性，要确保引弧容易，电弧平稳，参数稳定，焊弧调节范围一致，保持电源相数的稳定、三相整流桥的完好。要提升可靠性除了编程技术，更为重要的是传感器技术，赋予机器人足够的触觉、视觉和力觉感应，比如给予足够大的感抗是缩小电压过零熄弧时间，要确保焊弧回路值能够自由调节，满足变压性能，建立传感器失灵报警装置，一旦发生问题及时调节，要分析伺服驱动器的故障形式，避免机器人在错误状态下进行操作。同时，还要确保所有产品经过合格检验，控制人为因素，所有部件都要通过严格的测试和可靠分析，针对法兰松动、伺服电机异常噪声、不能启动等情况重点治理。

4.3、机器人装配应用

在工业生产中，零部件安装也是一项任务量庞大的工作。这就需要大量的劳动力参与。机器人作为节省人力的重要手段，可以科学研发能够承担此项工作的机器人。所以，装配机器人就应运而生。它最主要的功能就是用于生产线上的零部件安装。装配机器人的研发综合了多种技术，包括通讯、光学、自动控制、机械和微电子技术。研发人员根据相应的安装流程，给机器人编写合适的程序。就目前在工业生产来说，安装机器人主要用于电器制造业、汽车制造业。这两个行业普遍的特点就是零部件安装任务量大，而且复杂。安装机器人功能完备，在安装时精准度强悍，灵活性也大，所以我们选用这种方式。如汽车的后视镜、前后挡风玻璃等零件的生产。

4.4、系统分析

焊接机器人的本体是执行机构，一般采用6个或者7个焊接自由度关节，机器人末端有复杂的焊接附件，比如示教器、变压器、焊枪、送丝机、保护气、焊丝、气管及各种线缆等。控制系统相当于机器人的大脑，设计中要保持程序的稳定性，确保操作无误。动力驱动上，一般可以采用直流电机，这样噪音小，时间长，运转快，具有速度优势。一般采用PID控制送丝器，确保焊丝和机器人的绝缘。焊丝从焊盘上拉取出来的时候会产生一定的阻力，焊丝长度越大，送丝阻力越大。这些非线性阻力会在操作中产生不确定因素，比如加压滚轮架变形失效、加压滚轮磨损失效、铰链变形失效、矫直轮变形失效、送丝电机故障、减速箱故障、送丝轮变形失效、压簧变形失效、导向部件零件变形失效等。在系统设计中都要予以考虑，确保各个子系统的独立性，通过有效的串联模型串联各个模块。

参考文献：

[1] 谢邦晋.基于机器视觉的工业机器人定位抓取技术[J].内燃机与配件，2018（21）：216-218.

[2] 赵世通.焊接机器人可靠性技术的研究[J].科技创新与应用，2018（32）：141-142.

[3] 万强，吴修玉，吴智慧，周志鹏.搅拌摩擦焊工业机器人结构性能分析及实现研究[J].制造技术与机床，2018（11）：66-69.

[4] 霍琳琳，孙贤初，常宽.焊接机器人在空调吸排气管路件钎焊中的应用[J].焊接技术，2018，47（10）：77-79.

[5] 樊亚妮，伍小毅.一种基于机器视觉与工业机器人的焊接工作站[J].广东第二师范学院学报，2018，38（05）：57-60.

（作者单位：长城汽车股份有限公司）