談成成

摘 要：工業(yè)自動化的發(fā)展衍生出了一大批代替人類從事繁重危險工作的工業(yè)化機器人，而其中的焊接機器人則主要是代替焊工在機械等工業(yè)中進行工作的一種工業(yè)化機器人。本文主要針對焊接機器人現(xiàn)階段的應(yīng)用狀況及其發(fā)展趨勢作一些探討，以期對讀者有所裨益。

關(guān)鍵詞：焊接機器人；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A

一、焊接機器人概述

焊接技術(shù)是制造業(yè)中最重要的加工工藝技術(shù)之一，其廣泛應(yīng)用于軌道交通、石油化工、航天電子以及建筑等行業(yè)。而隨著技術(shù)的革新及對于人的保護，在許多高危行業(yè)及部位的焊接工作開始大規(guī)模地制造和使用焊接機器人來代替焊工的工作。焊接機器人是工業(yè)機器人的一種，其主要是在機器人的末軸安裝焊鉗或焊槍，使之具備焊接、切割等功能。

焊接機器人由機器人和焊接設(shè)備兩個部分構(gòu)成，通過人工遠程操控機器人進行焊接工作，可以實現(xiàn)在多種條件下的作業(yè)，免除了人工作業(yè)對于地形、溫度等方面的限制。然而焊接在機械制造工業(yè)中的地位舉足輕重，關(guān)系著整個設(shè)備的安全穩(wěn)定，所以對于焊接機器人就要求：一要具有高精度的控制系統(tǒng)，保證其焊接工作的準確性；二要具有高度的靈活性，靈活性不是要求跟人一樣的靈活，是要保證其在工作中能夠自由調(diào)整焊鉗或焊槍的位置，除此之外，機器人的記憶系統(tǒng)還要儲存足夠的點位數(shù)據(jù)保證工作中的參數(shù)選擇。

焊接機器人應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)制造中具有以下幾個優(yōu)點：一是其能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，提高焊接質(zhì)量，只要前期規(guī)劃好焊接機器人工作的軌道以及工作的內(nèi)容，在持續(xù)供電的情況下其工作狀態(tài)相對于人工來說十分穩(wěn)定；二是在其穩(wěn)定工作狀態(tài)下必然可以保證其勞動效率的提高，俗話說“像個機器人一樣工作”，焊接機器人一旦開始工作就不存在浪費時間的情況，勞動效率自然就會提高；三是可以改善工人的勞動條件，其不存在對于“生存”所需的苛刻條件，可以在人所不能工作的環(huán)境條件下保持工作狀態(tài)。當然，也必須要正視其存在的缺點：一是前期制造的技術(shù)條件等需要準備充分，一旦出現(xiàn)異常條件焊接機器人很容易就“罷工”了，不利于保持生產(chǎn)狀態(tài)；二是焊機機器人的日常維護工作煩瑣，不僅有機械方面的維護，還要對其預(yù)設(shè)的操作系統(tǒng)等軟件設(shè)施做好維護，機械方面的故障比較容易解決，而系統(tǒng)上的bug則會破壞機器人穩(wěn)定工作的狀態(tài)，嚴重時甚至會出現(xiàn)宕機。

二、焊接機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）工作站

工作站是指焊接工藝相對簡單，焊接的點位固定，只需要將焊接機器人固定在工作臺上，通過傳送設(shè)備將需要焊接的設(shè)備送至焊接位即可，一般這類傳送設(shè)備也多采用工業(yè)機器人來代替。當然，對于一些需要簡單變位的焊接設(shè)備也可以通過移位機器人來對設(shè)備或者焊接機器人進行一些移位活動來保證焊接工藝的流暢銜接。而許多大型復雜的焊接技術(shù)則需要分類別流水線安裝焊接機器人來進行配合工作以完成整個工作，也稱為生產(chǎn)線，這將在下一個部分討論。就焊接機器人工作站的工作性質(zhì)來說可以分為以下幾類：

（1）箱體焊接機器人工作站。這類工作站所使用的焊接機器人主要是針對箱柜行業(yè)中生產(chǎn)量大且對質(zhì)量尺寸要求較高的箱體焊接，例如保險柜、保險箱以及大型集裝箱等。

（2）不銹鋼氣室焊接機器人工作站。主要針對的是不銹鋼的焊接工藝，由于不銹鋼在焊接過程中受熱變形的情況較多，所以要有針對性地采用激光焊接技術(shù)，主要包括焊接機器人、激光發(fā)射器、水冷設(shè)備以及激光掃描跟蹤設(shè)備等，針對少部分需要變位的焊接點還需要使用移位機器人。

（3）軸類焊接機器人工作站。這是為生產(chǎn)低壓電器行業(yè)里所必須的萬能式斷路器的轉(zhuǎn)軸焊接而專門研發(fā)的焊接機器人，其主要設(shè)備包括：焊接機器人、焊槍、移位機器人以及控制系統(tǒng)等。其目前被廣泛應(yīng)用于電力電氣等需要高精度轉(zhuǎn)軸來帶動工作的焊接，相對于人工焊接技術(shù)來講，具有高精確性和較高的生產(chǎn)效率。

（4） 工作站在水下焊接上的應(yīng)用。目前水下工程越來越發(fā)達，許多機械設(shè)備需要在水下現(xiàn)場焊接安裝，焊接機器人就可以利用所研發(fā)出的特殊材料在水下等人類焊工難以勝任的地方進行工作。

（二）生產(chǎn)線

生產(chǎn)線就是指把不同焊接功能的機器人按照流水線作業(yè)的方式連接起來，保持上下道焊接工序之間的銜接，而每個點位的焊接機器人只承擔特定的焊接工藝，各司其職，通過傳送設(shè)備將所需要焊接的設(shè)備準確送至下一道工序，直至完成整個焊接工作。通過這種生產(chǎn)線的方式來進行的焊接可以極大地減少企業(yè)在人力資源上的投資，同時也可以保證其工作時間的長期穩(wěn)定而只需要投入一小部分精力來維護好生產(chǎn)線上的設(shè)備等。其具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在汽車制造中的應(yīng)用。目前，全世界的汽車制造已經(jīng)形成相當規(guī)模的生產(chǎn)線，承擔車身的鋼鐵框架結(jié)構(gòu)等需要焊接技術(shù)的工作崗位已經(jīng)全面被焊接機器人所代替。最為成功的就是日本豐田汽車公司，其最先使用點焊機器人來代替焊工的工作，極大地提高了焊接質(zhì)量，同時也提高了汽車制造的效率，使得成品的制造時間大為縮短，短時間內(nèi)迅速占領(lǐng)了國內(nèi)市場，此后美國、德國等汽車工業(yè)大國紛紛效仿。目前國內(nèi)生產(chǎn)的奇瑞、傳祺、哈弗等品牌的汽車也全面使用了焊接機器人技術(shù)，提高了國產(chǎn)汽車的質(zhì)量，也在近年來獲得了消費者的一致好評。

三、焊接機器人的發(fā)展趨勢

（一）優(yōu)化焊接機器人控制系統(tǒng)

目前，投入使用的焊機機器人的控制系統(tǒng)都是預(yù)先寫入的，通過電子計算機的終端控制來操縱這些機器人進行焊接工藝。而這些特定寫入的操作控制系統(tǒng)很難實現(xiàn)遠程或者離線更改，一旦出現(xiàn)控制系統(tǒng)受到攻擊或者自帶bug的爆發(fā)就會導致整個生產(chǎn)的癱瘓。所以，未來焊接機器人的控制系統(tǒng)會向著模塊化、智能化發(fā)展，實現(xiàn)遠程及離線編程。

（二）焊接機器人的網(wǎng)絡(luò)通信功能

現(xiàn)在使用的焊接機器人大多是單機工作的，在網(wǎng)絡(luò)鏈接上的應(yīng)用技術(shù)研發(fā)相對甚少，沒有網(wǎng)絡(luò)控制功能，智能是機械單一地進行重復工作。在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)日新月異的現(xiàn)代，焊接機器人在網(wǎng)絡(luò)化這塊的發(fā)展前景巨大，連入網(wǎng)絡(luò)對實現(xiàn)遠程控制也大有幫助。

（三）優(yōu)化焊接機器人的操作結(jié)構(gòu)

焊接機器人自研發(fā)之初就專一為焊接工藝而設(shè)，其結(jié)構(gòu)性能單一，在其他方面的應(yīng)用上稍顯不足。未來智能化的機器人將會全面取代功能單一的機器人，所以焊接機器人也不可避免地要在結(jié)構(gòu)功能上有所突破。

（四）焊接機器人的傳感技術(shù)

焊接機器人的工作中傳感器的作用巨大，通過傳感器可以實現(xiàn)機器人工作位置、速度等方面的變化控制，同時對某些點位要求精確的焊接機器人還配備有激光傳感器及壓力傳感器等。而這些傳感器在應(yīng)對氣候等特殊條件下的誤差難以把握，未來焊接機器人的傳感技術(shù)會在視覺、觸覺、聲覺等偏向人類功能的方面有所企及。

（五）焊接機器人的人工智能化

人工智能是近年來科技研究的新方向且在某些領(lǐng)域取得了不錯的成效（例如最近火爆全球的AlphaGo），未來就應(yīng)用于人類工業(yè)生產(chǎn)的焊接機器人而言，也需要在人工智能方面下足功夫，通過智能化機器人來實現(xiàn)類人化思考及學習，可以極大地提高工作效率。

結(jié)語

焊接機器人現(xiàn)階段在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用成效不錯，尤其是在汽車、輪船等制造業(yè)上的應(yīng)用最為廣泛，未來其在人工智能化的發(fā)展是主要的研究方向，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)功能提高其工作效率對于人類工業(yè)的發(fā)展勢必又是一個新突破。

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