焊接机器人的应用现状与发展趋势

谈成成

摘 要：工业自动化的发展衍生出了一大批代替人类从事繁重危险工作的工业化机器人，而其中的焊接机器人则主要是代替焊工在机械等工业中进行工作的一种工业化机器人。本文主要针对焊接机器人现阶段的应用状况及其发展趋势作一些探讨，以期对读者有所裨益。

关键词：焊接机器人；应用现状；发展趋势

中图分类号：TG409 文献标识码：A

一、焊接机器人概述

焊接技术是制造业中最重要的加工工艺技术之一，其广泛应用于轨道交通、石油化工、航天电子以及建筑等行业。而随着技术的革新及对于人的保护，在许多高危行业及部位的焊接工作开始大规模地制造和使用焊接机器人来代替焊工的工作。焊接机器人是工业机器人的一种，其主要是在机器人的末轴安装焊钳或焊枪，使之具备焊接、切割等功能。

焊接机器人由机器人和焊接设备两个部分构成，通过人工远程操控机器人进行焊接工作，可以实现在多种条件下的作业，免除了人工作业对于地形、温度等方面的限制。然而焊接在机械制造工业中的地位举足轻重，关系着整个设备的安全稳定，所以对于焊接机器人就要求：一要具有高精度的控制系统，保证其焊接工作的准确性；二要具有高度的灵活性，灵活性不是要求跟人一样的灵活，是要保证其在工作中能够自由调整焊钳或焊枪的位置，除此之外，机器人的记忆系统还要储存足够的点位数据保证工作中的参数选择。

焊接机器人应用于工业生产制造中具有以下几个优点：一是其能保持稳定的工作状态，提高焊接质量，只要前期规划好焊接机器人工作的轨道以及工作的内容，在持续供电的情况下其工作状态相对于人工来说十分稳定；二是在其稳定工作状态下必然可以保证其劳动效率的提高，俗话说“像个机器人一样工作”，焊接机器人一旦开始工作就不存在浪费时间的情况，劳动效率自然就会提高；三是可以改善工人的劳动条件，其不存在对于“生存”所需的苛刻条件，可以在人所不能工作的环境条件下保持工作状态。当然，也必须要正视其存在的缺点：一是前期制造的技术条件等需要准备充分，一旦出现异常条件焊接机器人很容易就“罢工”了，不利于保持生产状态；二是焊机机器人的日常维护工作烦琐，不仅有机械方面的维护，还要对其预设的操作系统等软件设施做好维护，机械方面的故障比较容易解决，而系统上的bug则会破坏机器人稳定工作的状态，严重时甚至会出现宕机。

二、焊接机器人的应用现状

（一）工作站

工作站是指焊接工艺相对简单，焊接的点位固定，只需要将焊接机器人固定在工作台上，通过传送设备将需要焊接的设备送至焊接位即可，一般这类传送设备也多采用工业机器人来代替。当然，对于一些需要简单变位的焊接设备也可以通过移位机器人来对设备或者焊接机器人进行一些移位活动来保证焊接工艺的流畅衔接。而许多大型复杂的焊接技术则需要分类别流水线安装焊接机器人来进行配合工作以完成整个工作，也称为生产线，这将在下一个部分讨论。就焊接机器人工作站的工作性质来说可以分为以下几类：

（1）箱体焊接机器人工作站。这类工作站所使用的焊接机器人主要是针对箱柜行业中生产量大且对质量尺寸要求较高的箱体焊接，例如保险柜、保险箱以及大型集装箱等。

（2）不锈钢气室焊接机器人工作站。主要针对的是不锈钢的焊接工艺，由于不锈钢在焊接过程中受热变形的情况较多，所以要有针对性地采用激光焊接技术，主要包括焊接机器人、激光发射器、水冷设备以及激光扫描跟踪设备等，针对少部分需要变位的焊接点还需要使用移位机器人。

（3）轴类焊接机器人工作站。这是为生产低压电器行业里所必须的万能式断路器的转轴焊接而专门研发的焊接机器人，其主要设备包括：焊接机器人、焊枪、移位机器人以及控制系统等。其目前被广泛应用于电力电气等需要高精度转轴来带动工作的焊接，相对于人工焊接技术来讲，具有高精确性和较高的生产效率。

（4） 工作站在水下焊接上的应用。目前水下工程越来越发达，许多机械设备需要在水下现场焊接安装，焊接机器人就可以利用所研发出的特殊材料在水下等人类焊工难以胜任的地方进行工作。

（二）生产线

生产线就是指把不同焊接功能的机器人按照流水线作业的方式连接起来，保持上下道焊接工序之间的衔接，而每个点位的焊接机器人只承担特定的焊接工艺，各司其职，通过传送设备将所需要焊接的设备准确送至下一道工序，直至完成整个焊接工作。通过这种生产线的方式来进行的焊接可以极大地减少企业在人力资源上的投资，同时也可以保证其工作时间的长期稳定而只需要投入一小部分精力来维护好生产线上的设备等。其具体应用主要体现在汽车制造中的应用。目前，全世界的汽车制造已经形成相当规模的生产线，承担车身的钢铁框架结构等需要焊接技术的工作岗位已经全面被焊接机器人所代替。最为成功的就是日本丰田汽车公司，其最先使用点焊机器人来代替焊工的工作，极大地提高了焊接质量，同时也提高了汽车制造的效率，使得成品的制造时间大为缩短，短时间内迅速占领了国内市场，此后美国、德国等汽车工业大国纷纷效仿。目前国内生产的奇瑞、传祺、哈弗等品牌的汽车也全面使用了焊接机器人技术，提高了国产汽车的质量，也在近年来获得了消费者的一致好评。

三、焊接机器人的发展趋势

（一）优化焊接机器人控制系统

目前，投入使用的焊机机器人的控制系统都是预先写入的，通过电子计算机的终端控制来操纵这些机器人进行焊接工艺。而这些特定写入的操作控制系统很难实现远程或者离线更改，一旦出现控制系统受到攻击或者自带bug的爆发就会导致整个生产的瘫痪。所以，未来焊接机器人的控制系统会向着模块化、智能化发展，实现远程及离线编程。

（二）焊接机器人的网络通信功能

现在使用的焊接机器人大多是单机工作的，在网络链接上的应用技术研发相对甚少，没有网络控制功能，智能是机械单一地进行重复工作。在网络通信技术日新月异的现代，焊接机器人在网络化这块的发展前景巨大，连入网络对实现远程控制也大有帮助。

（三）优化焊接机器人的操作结构

焊接机器人自研发之初就专一为焊接工艺而设，其结构性能单一，在其他方面的应用上稍显不足。未来智能化的机器人将会全面取代功能单一的机器人，所以焊接机器人也不可避免地要在结构功能上有所突破。

（四）焊接机器人的传感技术

焊接机器人的工作中传感器的作用巨大，通过传感器可以实现机器人工作位置、速度等方面的變化控制，同时对某些点位要求精确的焊接机器人还配备有激光传感器及压力传感器等。而这些传感器在应对气候等特殊条件下的误差难以把握，未来焊接机器人的传感技术会在视觉、触觉、声觉等偏向人类功能的方面有所企及。

（五）焊接机器人的人工智能化

人工智能是近年来科技研究的新方向且在某些领域取得了不错的成效（例如最近火爆全球的AlphaGo），未来就应用于人类工业生产的焊接机器人而言，也需要在人工智能方面下足功夫，通过智能化机器人来实现类人化思考及学习，可以极大地提高工作效率。

结语

焊接机器人现阶段在工业生产上的应用成效不错，尤其是在汽车、轮船等制造业上的应用最为广泛，未来其在人工智能化的发展是主要的研究方向，优化其结构功能提高其工作效率对于人类工业的发展势必又是一个新突破。

参考文献

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