一、 機(jī)器人產(chǎn)生及其發(fā)展情況

機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，也同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

目前，工業(yè)機(jī)器人作為現(xiàn)代制造業(yè)主要的自動(dòng)化設(shè)備，己經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、電子信息、家電、化工等行業(yè)，主要用于完成焊接、搬運(yùn)、裝配、加工、噴漆、碼垛等作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界己經(jīng)有100多萬臺(tái)機(jī)器人投入使用，其中用于焊接作業(yè)的機(jī)器人占全部機(jī)器人的45%以上。機(jī)器人技術(shù)己成為世界各國競(jìng)相發(fā)展的高新技術(shù)，其發(fā)展己成為衡量一個(gè)技術(shù)水平發(fā)展程度的重要指標(biāo)之一。

二、 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域

    研制機(jī)器人的起初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動(dòng)或簡單的重復(fù)勞動(dòng)，以及替代人到有輻射等危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，因此機(jī)器人在汽車制造業(yè)和核工業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配、鑄造等場(chǎng)合，己經(jīng)開始大量使用機(jī)器人。另外在軍事、海洋探測(cè)、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)甚到服務(wù)娛樂行業(yè)，也都開始使用機(jī)器人。

從機(jī)器人的用途來分，可以分為兩大類：軍用機(jī)器人和民用機(jī)器人。

軍用機(jī)器人主要用于軍事上代替或輔助軍隊(duì)進(jìn)行作戰(zhàn)、偵察、探險(xiǎn)等工作。根據(jù)不同的作戰(zhàn)空間可分為地面軍用機(jī)器人、空中軍用機(jī)器人(即無人飛行機(jī))、水下軍用機(jī)器人和空間軍用機(jī)器人等。軍用機(jī)器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遙控式等多種方式。

  在民用機(jī)器人中，各種生產(chǎn)制造領(lǐng)域中的工業(yè)機(jī)器人在數(shù)量上占多數(shù)，成為機(jī)器人家族中的主力軍；其它各種種類的機(jī)器人也開始在不同的領(lǐng)域得到研究開發(fā)和應(yīng)用?？傮w看來，若按用途分，民用機(jī)器人可以分為以下幾個(gè)主要類別：

1、 工業(yè)機(jī)器人

現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人主要用于汽車工業(yè)、機(jī)電工業(yè)（包括電訊工業(yè)）、通用機(jī)械工業(yè)、建筑業(yè)、金屬加工、鑄造以及其它重型工業(yè)和輕工業(yè)部門。 

    機(jī)器人的工業(yè)應(yīng)用分為四個(gè)方面，即材料加工、零件制造、產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配。其中，材料加工往往是簡單的。零件制造包括鍛造、點(diǎn)焊、搗碎和鑄造等。檢驗(yàn)包括顯式檢驗(yàn)（在加工過程中或加工后檢驗(yàn)產(chǎn)品表面圖像和幾何形狀、零件和尺寸的完整性）和隱檢驗(yàn)（在加工中檢驗(yàn)零件質(zhì)量上或表面上的完整性）兩種。裝配是復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)樗赡馨牧霞庸?、在線檢驗(yàn)、零件供給、配套、劑壓和緊固等工序。在農(nóng)業(yè)方面，已把機(jī)器人用于水果和蔬菜嫁接、收獲、檢驗(yàn)與分類，剪羊毛和擠牛奶等。這是一個(gè)潛在的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。

2、 服務(wù)機(jī)器人

   在一些科幻影片、電視片或影碟中，多少具有外形的機(jī)器人常被用來協(xié)助或代替人去執(zhí)行人不樂意做或危險(xiǎn)和困難的任務(wù)。今天在現(xiàn)實(shí)生活中能夠看到的接近于人類的機(jī)器人可能要算家用機(jī)器人了。家用機(jī)器人能夠清掃地板而不碰到家具。不過它的價(jià)格目前還較高，影響到它的推廣應(yīng)用。隨著家用機(jī)器人造價(jià)的大幅度降低，它將獲得日益廣泛的應(yīng)用。 

  服務(wù)機(jī)器人尚處于開發(fā)及普及的早期階段，目前國際上對(duì)它還沒有普遍承認(rèn)的嚴(yán)格定義，它的定義是由操作型工業(yè)機(jī)器人引伸而來的。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）采用的初步定義，所謂服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它完成的是有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括那些從事生產(chǎn)的設(shè)備。另一種定義把服務(wù)機(jī)器人看做一種可自由編程的移動(dòng)裝置，它少有三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，可以部分地或全自動(dòng)地完成服務(wù)工作。這些服務(wù)工作為個(gè)人或單位完成的，不指工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。 

  根據(jù)這個(gè)定義，操作型工業(yè)機(jī)器人也可以看作是服務(wù)機(jī)器人，如果它們裝備在非制造業(yè)的話。服務(wù)機(jī)器人往往是可以移動(dòng)的（并非總是移動(dòng)的）。在某些情況下，服務(wù)機(jī)器人是由一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成，在它上面裝有一只或幾只手臂，其控制方式與工業(yè)機(jī)器人手臂的控制方式相同。

三、 焊接機(jī)器人

     隨著我國加入WTO，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國際正在接軌，國內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)和國際競(jìng)爭(zhēng)的界限將越來越模糊，改造過去的生產(chǎn)方式和管理模式已迫在眉睫。在焊接領(lǐng)域也是如此，采用自動(dòng)化焊接提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量已是大勢(shì)所趨。在大型企業(yè)是這樣，對(duì)中小型企業(yè)也是如此。 

　　 采用機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)可以提高生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效率；另一方面，機(jī)器人的移位速度快，可達(dá)3m/s，甚更快。因此，一般而言，采用機(jī)器人焊接比同樣用人工焊接效率可提高2～4倍，焊接質(zhì)量優(yōu)良且穩(wěn)定。

     隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)弧焊機(jī)器人工作站, 從60年代開始用于生產(chǎn)以來，其技術(shù)已日益成熟，主要有以下優(yōu)點(diǎn)： 

1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量； 

2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； 

3）改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可在有害環(huán)境下工作； 

4）降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求； 

5）縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資。 

因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。

① 焊接機(jī)器人的組成、

焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

② 點(diǎn)焊機(jī)器人

點(diǎn)焊機(jī)器人是用于點(diǎn)焊自動(dòng)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。世界上點(diǎn)焊機(jī)于1965年開始使用，是美國Unimation公司推出的Unimate機(jī)器人，在1987年自行研制成點(diǎn)焊機(jī)器人──華宇-Ⅰ型點(diǎn)焊機(jī)器人。點(diǎn)焊機(jī)器人由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、示教盒和點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)幾部分組成，由于為了適應(yīng)靈活動(dòng)作的工作要求，通常電焊機(jī)器人選用關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人的基本設(shè)計(jì)，一般具有六個(gè)自由度：腰轉(zhuǎn)、大臂轉(zhuǎn)、小臂轉(zhuǎn)、腕轉(zhuǎn)、腕擺及腕捻。其驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)兩種。其中電氣驅(qū)動(dòng)具有保養(yǎng)維修簡便、能耗低、速度高、精度高、性好等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用較為廣泛。點(diǎn)焊機(jī)器人按照示教程序規(guī)定的動(dòng)作、順序和參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)焊作業(yè)，其過程是完全自動(dòng)化的，并且具有與外 部設(shè)備通信的接口，可以通過這一接口接受上一級(jí)主控與管理計(jì)算機(jī)的控制命令進(jìn)行工作。

1、點(diǎn)焊機(jī)器人的基本功能

點(diǎn)焊對(duì)所用的機(jī)器人的要求是不很高的。因?yàn)辄c(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制，于焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡沒有嚴(yán)格要求。這也是機(jī)器人只能用于點(diǎn)焊的原因。點(diǎn)焊用機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷，動(dòng)作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確，以減少移位的時(shí)間，提高工作效率。點(diǎn)焊機(jī)器人需要有多大的負(fù)載能力，取決于所用的焊鉗形式。對(duì)于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負(fù)載的機(jī)器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長，電能損耗大，也不利于機(jī)器人將焊鉗伸入工件內(nèi)部焊接；另一方面電纜線隨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而不停擺動(dòng)，電纜的損壞較快。因此，目前逐漸增多采用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質(zhì)量在70kg左右。考慮到機(jī)器人要有足夠的負(fù)載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進(jìn)行焊接，一般都選用100～150kg負(fù)載的重型機(jī)器人。為了適應(yīng)連續(xù)點(diǎn)焊時(shí)焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機(jī)器人增加了可在0.3s內(nèi)完成50mm位移的功能。這對(duì)電機(jī)的性能，微機(jī)的運(yùn)算速度和算法都提出更高的要求。

2、 點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接裝備

點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接裝備，由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以變壓器必須盡量小型化。對(duì)于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對(duì)于容量較大的變壓器，已經(jīng)開始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進(jìn)行二次整流，用直流電焊接。焊接參數(shù)由定時(shí)器調(diào)節(jié)。新型定時(shí)器已經(jīng)微機(jī)化，因此機(jī)器人控制柜可以直接控制定時(shí)器，無需另配接口。點(diǎn)焊機(jī)器人的焊鉗，通常用氣動(dòng)的焊鉗，氣動(dòng)焊鉗兩個(gè)電極之間的開口度一般只有兩級(jí)沖程。而且電極壓力一旦調(diào)定后是不能隨意變化的。近年來出現(xiàn)一種新的電伺服點(diǎn)焊鉗。焊鉗的張開和閉合由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，碼盤反饋，使這種焊鉗的張開度可以根據(jù)實(shí)際需要任意選定并預(yù)置。而且電極間的壓緊力也可以無級(jí)調(diào)節(jié)。這種新的電伺服點(diǎn)焊鉗具有如下優(yōu)點(diǎn)： 

1）每個(gè)焊點(diǎn)的焊接周期可大幅度降低，因?yàn)楹搞Q的張開程度是由機(jī)器人精確控制的，機(jī)器人在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)過程、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點(diǎn)后，焊鉗一邊張開，機(jī)器人就可以一邊位移，不必等機(jī)器人到位后焊鉗才閉會(huì)或焊鉗完全張開后機(jī)器人再移動(dòng)； 

2）焊鉗張開度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整，只要不發(fā)生碰撞或干涉盡可能減少張開度，以節(jié)省焊鉗開度，以節(jié)省焊鉗開合所占的時(shí)間。 

3）焊鉗閉合加壓時(shí)，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)，而且在閉合時(shí)兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。

③弧焊機(jī)器人 

弧焊機(jī)器人是用于進(jìn)行自動(dòng)弧焊的工業(yè)機(jī)器人。弧焊機(jī)器人的組成和原理與點(diǎn)焊機(jī)器人基本相同，在20世紀(jì)80年代中期研制出華宇-Ⅰ型弧焊機(jī)器人。一般的弧焊機(jī)器人是由示教盒、控制盤、機(jī)器人本體及自動(dòng)送絲裝置、焊接電源等部分組成?？梢栽谟?jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制和點(diǎn)位控制。還可以利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能焊接由直線及圓弧所組成的空間焊縫。弧焊機(jī)器人主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類型，具有可長期進(jìn)行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，弧焊機(jī)器人人正向著智能化的方向發(fā)展。

1、 弧焊機(jī)器人的基本功能

弧焊過程比點(diǎn)焊過程要復(fù)雜得多，工具中心點(diǎn)（TCP），也就是焊絲端頭的運(yùn)動(dòng)軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都要求精確控制。所以，弧焊用機(jī)器人除了前面所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能。 

雖然從理論上講，有5個(gè)軸的機(jī)器人就可以用于電弧焊，但是對(duì)復(fù)雜形狀的焊縫，用5個(gè)軸的機(jī)器人會(huì)有困難。因此，除非焊縫比較簡單，否則應(yīng)盡量選用6軸機(jī)器人。  

　弧焊機(jī)器人除前面提及的在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時(shí)，其軌跡應(yīng)能貼近示教的軌跡之外，還應(yīng)具備不同擺動(dòng)樣式的軟件功能，供編程時(shí)選用，以便作擺動(dòng)焊，而且擺動(dòng)在每一周期中的停頓點(diǎn)處，機(jī)器人也應(yīng)自動(dòng)停止向前運(yùn)動(dòng)，以滿足工藝要求。此外，還應(yīng)有接觸尋位、自動(dòng)尋找焊縫起點(diǎn)位置、電弧跟蹤及自動(dòng)再引弧功能等。                                                         

2、 弧焊機(jī)器人用的焊接設(shè)備

弧焊機(jī)器人多采用氣體保護(hù)焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機(jī)器人上作電弧焊。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個(gè)接口。近年來，國外機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)播人相應(yīng)的接口板、所以在圖1a中的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)中并沒有附加接口箱。應(yīng)該指出，在弧焊機(jī)器人工作周期中電弧時(shí)間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時(shí)，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來確定電源的容量。 

送絲機(jī)構(gòu)可以裝在機(jī)器人的上臂上，也可以放在機(jī)器人之外，前者焊槍到送絲機(jī)之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性，而后者軟管校長，當(dāng)機(jī)器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會(huì)嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量。所以送絲機(jī)的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問題。

四、 總結(jié)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究、發(fā)展以及應(yīng)用，有力的推動(dòng)了世界工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。特別是焊接機(jī)器人在高質(zhì)高能的焊接生產(chǎn)中，發(fā)揮了極其重要的作用。雖然我國工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過幾十年的努力，取得了很大的發(fā)展，但焊接生產(chǎn)作業(yè)的操作方式還相對(duì)比較落后而焊接機(jī)器人的出現(xiàn)，不但可以改變傳統(tǒng)的焊接生產(chǎn)作業(yè)模式，在降低生產(chǎn)工人勞動(dòng)的前提下，提高了焊接生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量。目前，機(jī)器人在國外得到了迅速的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新技術(shù)階段。尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)的美國、日本等國，機(jī)器人已經(jīng)形成了一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)，這使得我國在國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求會(huì)越來越大，我國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將面臨信的發(fā)展機(jī)遇和來自國外的挑戰(zhàn)，我們要把握這一機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，為我國躋身于機(jī)器人強(qiáng)國之列而努力。