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焊接智能化机器人

第一台Unimate型机器人是在1959年被制造出来的，自那以后，越来越多

的工业机器人出现在世界各地的各行各业中，而其中一半左右的工业机器人为焊

接机器人。自始至今，焊接机器人的发展经历了三个阶段：第一阶段的焊接机器

人是以示教再现方式运行的；第二阶段为可以通过传感器接收信息的离线编程焊

接机器人；第三阶段为智能机器人，它是多传感器的且能够自行编程以适应

环境。

自从1959年第一台工业机器人UNIMATE在美国诞生以来到现在，工业机器

人经历了三个阶段，即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段。据不完全

统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半以上用于各种形式的焊接加工

领域。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展

历史。目前，国内外大量应用的焊接机器人系统从整体上看基本都属于第一代或

准二代的。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的单机示教再

现型向多传感、智能化的柔性加工单元(系统)方向发展，实现由第二代向第三代

的过渡将成为焊接机器人追求的目标，实现焊接产品的自动化、柔性化与智能化

已成为发展的必然趋势。

焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，

自从第一台工业机器人问世以来，焊接机器人就显示出了极强的生命力。经过近

50年的飞速发展，在工业发达国家，焊接机器人已经广泛应用于汽车工业、航

天、船舶、机械加工行业、电子电气行业、食品工业及其他相关制造业等诸多领

域中，并作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，成为衡量一个国家制造

水平和科技水平的重要标志之一。目前，比较著名的焊接机器人公司有日本的

Motoman、FANUC、Yaskwa，德国的KUKA，瑞典的ABB，美国的AdeptTechnology，

意大利的COMAU，这些公司已成为其所在地区的支柱性企业。

尽管焊接机器人在生产中得到广泛应用，使焊接质量得到了极大改善，有效

提高了企业的劳动生产效率，但在应用中仍然存在很多方面的问题值得我们去进

一步研究和改善，其中最主要的有以下三大方面。

(1)焊接机器人位置偏移后重新示教的问题

这个工作现在需要占用大量的生产时间，如果能够利用先进的计算机动态仿

真技术对其进行离线示教和仿真，将是焊接机器人应用的一次革命性的改善。

(2)焊接机器人的校轴过程占用过多时间的问题

机器人在轴的校正过程中耗费比较长的时间，对于流水化的自动生产线来说，

其停机所造成的经济损失非常巨大。如果能够应用高智能化的检测手段，使机器

人在其轴的基本参数丢失或变化后，能够自动快速恢复到发生故障前的状态，将

给自动化生产线带来巨大的生产效益，目前的TCP自动校零技术仍然有待进一步

的提高。

(3)焊接机器人焊接过程的焊缝实时跟踪问题

目前焊接机器人进行弧焊时，对焊缝进行动态跟踪反馈仍然还没有很好地应

用于生产。利用智能技术，动态跟踪焊缝状态，实时反馈，这是保证弧焊质量的

可靠性和稳定性发展的一个趋势。

焊接质量控制一直是焊接研究的热点和难点，也是焊接界工作者致力研究的

重要课题。在实际焊接中，常常存在变形、变散热、变间隙、变错边等因数，影

响焊缝成形的质量。为了克服焊接过程中这些不确定性因素对精密焊接件质量的

影响，迫切需要采用信息反馈、智能控制等技术提高现行焊接机器人的适应性或

智能化水平，使之能实现初始焊位识别与自主导引、实时焊缝纠偏与跟踪、焊接

熔池动态特征信息获取、工艺参数自适应调节和焊缝成形的实时控制，即实现机

器人焊接过程的智能化控制。特别是在追求高质量、高效率的今天，焊接机器人

自动化、智能化已成为焊接发展的必然趋势，对焊缝质量实时智能控制的要求也

显得更为迫切。从目前国内外研究现状来看，焊接机器人智能化技术研究主要集

中在焊接传感技术、焊缝识别与导引技术、焊缝跟踪技术、焊缝成形质量控制方

法、多机器人协调控制技术与遥控焊接技术等6个主要方面。

（1）焊接机器人传感技术

传感器在焊接机器人中具有重要作用，除了有传统的位置、速度、加速度、

力传感器外，还有激光、视觉、电弧传感器。利用传感技术在焊缝自动跟踪和自

动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等场合，大大提高了机器人的作

业性能和对环境的适应性。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的

使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特