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摘 要：随着科技的发展,焊接机器人技术也得到了长足的发展,我国要想成为制造强国,就必须大力推进高效焊接及自动化进程.本文首先介绍了焊接机器人的发展阶段,在此基础上分析了在国内及国外的应用现状,最后探讨了几种焊接机器人的技术及其特点,并对焊接机器人应用和发展前景进行了展望.
关 键 词：智能控制技术；焊接机器人；应用进展
中图分类号：TP242文献标识码：A
焊接被誉为工业“裁缝”,在现代工业生产中占据着相当重要的地位,有关研究数据表明,全世界在使用的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域,时至今日其技术己相当成熟,其发展水平已成为衡量一个国家技术发展程度的重要标志之一.焊接机器人的应用,改善了劳动环境、减轻劳动强度、焊接性能可靠、稳定产品质量、提高升产效率,大大提升了产品焊接质量,它实现了焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化.
一、焊接机器人的发展历程
世界上第一台工业机器人是由美国人于1959年设计制造的,虽然发展较为缓慢,但是却显示出了极强的生命力.它经历了示教再现型机器人、可感知机器人和智能型机器人三个阶段.焊接机器人则经历了即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段三个阶段.目前,国内外正在使用的焊接机器人仍然还是属于第一代或准二代的.随着各项技术的逐渐成熟,焊接机器人自动化、柔性化与智能化已成为发展的必然趋势.
二、国外焊接机器人的发展现状
随着计算机技术的不断提高和制造技术的不断发展,国外焊接机器人技术得到了飞速的发展,其准确度和可靠性不断提高,与此同时,造价却不断下降.西方发达国家也将发展焊接机器人作为研究的重点.日本仅用了10年左右的时间,便形成了自己的机器人产业,韩国的机器人发展也极其迅速,截止到2005年全世界的在役工业机器人约为914000套,日本占了其中的60%左右,大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域.尽管美国和德国等老牌工业强国在数量上不如日本,但其技术底蕴身后,制作的焊接机器人水平较高,因此在国际市场上还是占有一定的优势.
三、我国焊接机器人的发展现状
我国开发工业机器人较晚,在20世纪70年代末开始进行工业机器人的研究,使得我国整体落后于欧美和日本等国家,但是经过几十年的努力,仍然取得了可喜的成绩,目前已基本掌握了其关键技术,目前已经在我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地.2005年我国新增机器人数量超过了5000台,平均每年的增长率都超过40%,主要应用在汽车、摩托车及工程机械三个主要行业,国内拥有焊接机器人最多的是上海市,占全国的19%,长春市居第二,占全国的17%.目前在我国应用的焊接机器人主要分日系、欧系和国产三类.由于进口焊接机器人价格大幅度降低,国产焊接机器人不管是从控制水平还是可靠性方面均与进口焊接机器人有一定的差距.
近年来,虽然我国焊接机器人的发展势头很快,但是整体水平和增长速度远远落后于我国经济发展的速度,与国外还有一定的差距,同时我国的劳动力成本低廉也限制了焊接机器人应用程度的提高.因此一方面必须通过引进、消化和吸收一些现有的先进技术,尽快缩短与国外的差距.另一方面应该大力发展自有民族品牌的焊接机器人,提高我国制造业在国际上的地位.
四、焊接机器人主要技术
1焊缝跟踪技术
焊缝跟踪技术就是在焊接过程中,根据环境因素的影响,调整焊接路径和焊接参数,保证焊接质量的可靠性.焊缝跟踪技术的研究以传感器技术与控制理论方法为主,随着近代模糊数学和神经网络的出现,并应用在焊缝跟踪技术中后,焊缝跟踪技术已经进入到了一个全新的时代――智能跟踪的时代.国内外很多研究机构都对对焊缝跟踪技术进行了系统的研究,并研究和设计出了很多种较为成熟的焊缝跟踪系统.
2离线编程与路径规划技术
离线编程与路径规划技术能够利用规划算法,设置机器人程序,根据焊接参数、焊接路径和轨迹完成焊接任务,其特点是智能化程度高、编程质量和效率高等,但是其缺点是还不能实现全自动编程.
3多机器人协调控制技术
有些工作单台焊接机器人完成较为困难,不能充分发挥其作用,这个时候就需要采用多机器人协调控制技术,该技术必须由若干个机器人的合作与协调来成.多机器人协调控制技术涉及面很广,包括多智能体的群体体系结构、群体行为控制等等,所有机器人在统一的控制下做相应的协调运动.随着工业生产系统向大型、复杂、动态和开放的方向发展,工业多机器人协调控制技术将成为研究的热点.
4遥控焊接技术
遥控焊接技术是指焊接机器人在一些危险、恶劣及特殊的环境中,而人在离开现场的安全环境中对焊接机器人的操作进行远程监视和控制,从而完成完整的焊接工作,它融合了多学科的知识.在如核辐射区域设备维修、深水、有毒、空间站等环境中应用较为广泛.遥控焊接技术可以说是目前最高意义上的焊接自动化、智能化.国内外对遥控技术的研究成果较多,国内哈尔滨工业大学也正在进行这方面的研究.
5焊缝识别与导引技术
目前对焊缝识别和引导主要是通过基于视觉的方法对焊接区图像进行采集,将采集到的信号传送到图像处理器进行处理,通过运算得出具体数值,精确引导焊接机器人对焊缝进行焊接.
6焊接工艺技术
目前,焊接机器人普遍采用气体保护焊方法,其他还有钨极氩气保护焊,等离子弧焊、切割及机器人激光焊等等.但是应用范围最广的还是高速、高效气体保护焊接工艺.
结语
焊接机器人在生产生活中,发挥了极其重要的作用.目前国内外都在对焊接机器人加大研究力度,其应用迎来了难得的发展机遇.从发展趋势来看,在不断向智能化和多样化方向发展,也会涉及到太空、核事故、医用、仿生等领域.