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我国焊接机器人应用技术分析

2018-05-19

焊接是一项工作环境恶劣、工作强度大、对工作熟练程度要求高且对操作人员会产生潜在危害的工作。进入21世纪20年代,伴随   经济的发展,人民生活水平不断提升,同时我国社会老龄化不断加剧,一线焊接工人数量呈现减少趋势。而根据   统计局公布的我国焊接材料的产量数据显示,从2006年到2014年我国焊材产量在逐年增加,这就意味着焊接工作量在逐年增加。焊接机器人的出现有效解决了这种供需矛盾,并且可以使   多人把工作时间投入到   具创造力的工作上。同时焊接机器人的使用可以提高焊接生产效率,改善工作人员的劳动条件,稳定和保证产品质量,易于实现产品的差异化生产,并能够推动相关产业自动化升级改造。
  焊接机器人技术发展几乎和典型关节机器人技术发展同步。各种机器人技术的开发、研究及应用推动着我国工业的快速发展。尤其是焊接机器人在各类机器人中占据非常重要的地位,约占工业机器人的1/3,对我国经济发展转型发挥了至关重要的作用。
  一、焊接机器人的组成
  完整的焊接机器人系统一般由以下几个部分组成:①机器人系统,包括机器人本体、控制柜、示教器;②焊接系统,包括焊接电源、焊炬焊钳、送丝机构、供气机构等;③焊接辅助系统,包括焊接变位移动装置、机器人焊接加工夹具及扩展设备等;④焊接外部传感系统,包括采集焊接环境信息的视觉传感器、采集焊缝和焊接熔池信息的视觉传感器以及反馈焊接电压波动的电弧传感器等;⑤焊接综合处理与控制系统,主要包括焊接工艺数据库、焊接任务自主规划、编程仿真系统、传感器信息处理系统及机器人焊接运行的协调控制系统。
  二、焊接机器人的分类
  焊接机器人的分类形式多样,可根据实际应用需求从技术层次、工艺方法、结构形式、受控方式、驱动方式等多个角度对焊接机器人进行分类。
  从技术层次角度,焊接机器人可分为以下3代:
  (1)第 一代“示教再现”型焊接机器人。示教也称引导,此类机器人由用户引导机器人,按照实际任务逐步引导机器人执行整个任务过程,焊接机器人在被引导的过程中记忆示教过程中的每个动作指令(位置、姿态、运动参数、焊接参数等),并生成一个连续执行全部任务的程序。完成示教后给焊接机器人一个启动命令,机器人将按照示教动作   地完成每一步操作,这就是示教再现型焊接机器人。
  (2)   代基于传感技术的离线编程焊接机器人。此类机器人借助视觉、电弧、力矩等相关传感器获取焊接环境的相关信息,并根据传感器获取的相关信息进行自身运行轨迹的优化,以改善示教再现型机器人对焊接环境的适应能力。
  (3)第三代智能焊接机器人。智能焊接机器人是基于机器人焊接任务智能化规划技术、机器人焊接传感与动态过程智能化控制技术、焊接机器人系统用电源配套设备技术、焊接机器人运动轨迹控制技术、机器人焊接复杂系统的智能控制与优化管理技术、机器人遥控焊接技术等众多先进技术的具有自主决策和灵活运动的类人思维与动作的高 级焊接机器人。
  另外,从工艺方法角度,焊接机器人可分为点焊机器人、弧焊机器人、搅拌摩擦焊机器人、激光焊机器人、等离子焊机器人等;从结构形式角度,可将焊接机器人分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、全关节型4类;从受控运动方式角度,焊接机器人可分为点位控制型、连续轨迹控制型2种;从驱动方式角度,焊接机器人可分为气压驱动、液压驱动、电气驱动3种。
  随着国内经济发展方式的转换,人口红利消失,之前依赖劳动密集型的低端产业难以为继,在制造业转型升级的大背景下,实现自动化焊接加工生产的自动化、柔性化与智能化已是大势所趋。焊接机器人技术在焊接生产中的广泛应用,大大提高了我国焊接制造行业的整体生产效率,改善了焊接工人的工作条件,提高了焊接生产的柔性化水平及焊接质量,同时也推动了焊接相关领域的自动化升级。但是由于我国焊接机器人技术研究起步较晚,国产焊接机器人无论是控制水平还是可靠性方面均与国外机器人存在不小的差距,核心零部件严重依赖进口,焊接机器人的使用成本偏高。虽然近几年我国在焊接机器人关键技术方面的研究发展迅速,也取得了不少优 秀成果,但总体而言,我国焊接机器人产业自主创新能力偏弱,产品以中低端为主,自主品牌的认可度较低。未来我国焊接领域要想真正实现   、   、成本低廉的自动化、柔性化及智能化焊接,在焊接机器人政策扶持体系的完善方面、焊接机器人相关技术研发领域还有很多工作要做。