焊接机器人技术研究现状及应用

摘 要：综述了焊接机器人技术及其发展进程，介绍了焊接机器人技术研究现状，论述了焊接机器人在高职高专焊接专业焊接中实训的应用，以求加快推进高职高专焊接技术及自动化专业焊接机器人实训项目的建设，提高焊接技术及自动化专业人才培养质量，从而提升高职高专院校办学水平与实力。

关键词：焊接机器人技术；焊接机器人实训；高职高专

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.027

1 焊接机器人发展历程

1959年，世界上第一台焊接机器人在美国诞生。机器人技术和应用的发展经历了三个阶段，即示教再现型的第一代机器人，具有感知能力的第二代机器人，智能型的第三代机器人，焊接机器人就是在焊接生产领域能够替代焊接工人从事焊接任务的工业机器人。近段时间来，随着计算机控制技术、人工智能技术及网络控制技术的迅速发展，焊接机器人也取得了长足的发展，主要向着更加智能化的柔性加工单元方向发展[1]。

2 焊接机器人技术

2.1 焊接机器人

焊接机器人是由一个具有多个自由度可自由编程的轴构成的工业机器人。工作时，能将焊接工具按照要求的运动轨迹及速度进行移动，是一种能够自动控制并模仿人的动作且可以重复编程，能在三维空间完成规定的各种焊接作业的自动化生产设备。目前，焊接机器人已经广泛应用于制造业，它能在恶劣的环境下连续工作并能保证焊接质量，大大的提高了焊接生产效率，改善工作环境，减轻焊接技术工人的劳动强度[2]。

焊接机器人广泛于汽车、航空航天、船舶、机械制造、电工电子、食品加工及其它相关制造领域中，并成为先进制造技术中必不可少的重要装备[3]。焊接机器人按焊接工艺可分为弧焊机器人和点焊机器人两类，从结构上看，绝大多数焊接机器人是在六轴关节型机器人的机械手上安装不同的焊接工装设备来实现自动化焊接生产的[2]。

2.2 焊接机器人工作原理

目前应用最广泛的焊接机器人属于第一代机器人，即“示教-再现”型机器人。机器人学习的过程称为“示教”，在这个过程中，操作者需要手把手的教机器人做各种规定的动作，而机器人的自动控制系统会以程序的将动作记下来。“再现”过程就是机器人按照示教时记录下来的程序重现这些动作[2]。

3 焊接机器人的最新应用技术

机器人技术、焊接技术和系统工程技术融合在一起构成了焊接机器人应用技术，这几项技术的融合程度决定了焊接机器人在在实际生产中应用程度及其特性的发挥程度。目前，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝轨迹的跟踪技术、多个机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术、离线编程与路径规划技术等[1]。另外，最新的焊接机器人应用技术包括伺服焊钳技术、双丝焊接技术、激光/电弧复合热源焊接技术和电源融合技术等。

3.1 伺服焊鉗技术

点焊机器人焊钳按电极臂加压驱动方式可分为气动驱动和伺服驱动两类。伺服驱动采用伺服电动机作为动力源，完成焊钳的张开与闭合，张开度可根据实际焊接需要任意选定并预置，电极间的压紧力也可以实现无极调节。伺服驱动可提高焊接工件表面的质量及生产率，也可改善工作环境。总之，点焊机器人伺服焊钳是焊接机器人应用技术的发展趋势[2]。

3.2 双丝焊接技术

焊接薄板时采用双丝焊接技术可显著提高焊接速度，焊接厚板时可提高熔敷效率。采用双丝焊接技术，在熔敷效率增加时，可保持较低的热输入，且热影响区小，焊接变形小，焊接气孔率低[2]。

3.3 激光/电弧复合热源焊接技术

激光焊接技术和气体保护焊接技术两种焊接热源同时作用于一个焊接熔池的技术成为激光/电弧复合热源技术。这种焊接技术对工件的装配间隙要求低，消除了激光焊接存在的固有缺陷，使焊缝更加致密，同时还能提高电弧的稳定性和功率密度，提高焊接速度和焊缝熔深，具有热影响区小，变形低，消除起弧时的不良缺陷等优点[2]。

3.4 电源融合技术

电源融合技术是将焊接机器人的焊接设备的电源和机器人的电源相融合，改善传统焊接机器人焊接焊接设备与机器人之间数据交换量有限的缺点。目前，日本松下的TAWERS焊接机器人实现了机器人与高性能焊接电源的完美结合，采用全软件高速波形控制技术，可控制焊接热输入，实现焊接飞溅极小化，非常适合于高速焊接[2]。

4 焊接机器人在高职高专焊接机实训中的应用

高职高专院校教育对接市场产业的发展，工业机器人技术将成为高职高专院校机电类、自动控制类专业的新型发展方向。焊接机器人实训更是成为焊接技术及其自动化专业必备的实训项目。通过ABB焊接机器人工作站，可实现对焊接机器人系统构造和基本操作的教学，让学生可以学习如何搭建焊接机器人系统和相关焊接机器人的维护与故障排查技能、焊接轨迹在线示教编程、焊接轨迹在线语言编程、焊接轨迹离线编程等，并可配合变位机工作台实现复杂空间焊接轨迹的应用，在实现基本教学的基础上完成更加综合的教学内容[4]。

参考文献：

[1]黄政艳.焊接机器人的应用现状与技术展望[J].装备制造技术，2007（03）：46-48.

[2]兰虎.焊接机器人编程及应用[M].机械工业出版社，2017：11-28.

[3]宋金虎.我国焊接机器人的应用与研究现状[J].电焊机，2009，39（04）：18-20.

[4]杜柯，李俊泓.焊接机器人实训工作站构建研究[J].时代农机，2017，44（09）.

作者简介：胡海莲（1988-），女，硕士，助教，主要从事金属材料教学及研究。