一、 機器人產生及其發(fā)展情況

機器人技術的發(fā)展，它應該說是一個科學技術發(fā)展共同的一個綜合性的結果，也同時，為社會經濟發(fā)展產生了一個重大影響的一門科學技術，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國加強了經濟的投入，就加強了本國的經濟的發(fā)展

目前，工業(yè)機器人作為現(xiàn)代制造業(yè)主要的自動化設備，己經廣泛應用于汽車、摩托車、工程機械、電子信息、家電、化工等行業(yè)，主要用于完成焊接、搬運、裝配、加工、噴漆、碼垛等作業(yè)。據統(tǒng)計，全世界己經有100多萬臺機器人投入使用，其中用于焊接作業(yè)的機器人占全部機器人的45%以上。機器人技術己成為世界各國競相發(fā)展的高新技術，其發(fā)展己成為衡量一個技術水平發(fā)展程度的重要指標之一。

二、 機器人的應用領域

    研制機器人的起初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動或簡單的重復勞動，以及替代人到有輻射等危險環(huán)境中進行作業(yè)，因此機器人在汽車制造業(yè)和核工業(yè)領域得以應用。隨著機器人技術的不斷發(fā)展，工業(yè)領域的焊接、噴漆、搬運、裝配、鑄造等場合，己經開始大量使用機器人。另外在軍事、海洋探測、航天、醫(yī)療、農業(yè)、林業(yè)甚到服務娛樂行業(yè)，也都開始使用機器人。

從機器人的用途來分，可以分為兩大類：軍用機器人和民用機器人。

軍用機器人主要用于軍事上代替或輔助軍隊進行作戰(zhàn)、偵察、探險等工作。根據不同的作戰(zhàn)空間可分為地面軍用機器人、空中軍用機器人(即無人飛行機)、水下軍用機器人和空間軍用機器人等。軍用機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。

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

1、 工業(yè)機器人

現(xiàn)在工業(yè)機器人主要用于汽車工業(yè)、機電工業(yè)（包括電訊工業(yè)）、通用機械工業(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。 

    機器人的工業(yè)應用分為四個方面，即材料加工、零件制造、產品檢驗和裝配。其中，材料加工往往是簡單的。零件制造包括鍛造、點焊、搗碎和鑄造等。檢驗包括顯式檢驗（在加工過程中或加工后檢驗產品表面圖像和幾何形狀、零件和尺寸的完整性）和隱檢驗（在加工中檢驗零件質量上或表面上的完整性）兩種。裝配是復雜的應用領域，因為它可能包含材料加工、在線檢驗、零件供給、配套、劑壓和緊固等工序。在農業(yè)方面，已把機器人用于水果和蔬菜嫁接、收獲、檢驗與分類，剪羊毛和擠牛奶等。這是一個潛在的產業(yè)機器人應用領域。

2、 服務機器人

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

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

  根據這個定義，操作型工業(yè)機器人也可以看作是服務機器人，如果它們裝備在非制造業(yè)的話。服務機器人往往是可以移動的（并非總是移動的）。在某些情況下，服務機器人是由一個移動平臺構成，在它上面裝有一只或幾只手臂，其控制方式與工業(yè)機器人手臂的控制方式相同。

三、 焊接機器人

     隨著我國加入WTO，我國經濟的發(fā)展和國際正在接軌，國內競爭和國際競爭的界限將越來越模糊，改造過去的生產方式和管理模式已迫在眉睫。在焊接領域也是如此，采用自動化焊接提高生產率和產品質量已是大勢所趨。在大型企業(yè)是這樣，對中小型企業(yè)也是如此。 

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

     隨著電子技術、計算機技術、數控及機器人技術的發(fā)展，自動弧焊機器人工作站, 從60年代開始用于生產以來，其技術已日益成熟，主要有以下優(yōu)點： 

1）穩(wěn)定和提高焊接質量； 

2）提高勞動生產率； 

3）改善工人勞動強度，可在有害環(huán)境下工作； 

4）降低了對工人操作技術的要求； 

5）縮短了產品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資。 

因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應用。

① 焊接機器人的組成、

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

② 點焊機器人

點焊機器人是用于點焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人。世界上點焊機于1965年開始使用，是美國Unimation公司推出的Unimate機器人，在1987年自行研制成點焊機器人──華宇-Ⅰ型點焊機器人。點焊機器人由機器人本體、計算機控制系統(tǒng)、示教盒和點焊焊接系統(tǒng)幾部分組成，由于為了適應靈活動作的工作要求，通常電焊機器人選用關節(jié)式工業(yè)機器人的基本設計，一般具有六個自由度：腰轉、大臂轉、小臂轉、腕轉、腕擺及腕捻。其驅動方式有液壓驅動和電氣驅動兩種。其中電氣驅動具有保養(yǎng)維修簡便、能耗低、速度高、精度高、性好等優(yōu)點，因此應用較為廣泛。點焊機器人按照示教程序規(guī)定的動作、順序和參數進行點焊作業(yè)，其過程是完全自動化的，并且具有與外 部設備通信的接口，可以通過這一接口接受上一級主控與管理計算機的控制命令進行工作。

1、點焊機器人的基本功能

點焊對所用的機器人的要求是不很高的。因為點焊只需點位控制，于焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴格要求。這也是機器人只能用于點焊的原因。點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力，而且在點與點之間移位時速度要快捷，動作要平穩(wěn)，定位要準確，以減少移位的時間，提高工作效率。點焊機器人需要有多大的負載能力，取決于所用的焊鉗形式。對于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負載的機器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長，電能損耗大，也不利于機器人將焊鉗伸入工件內部焊接；另一方面電纜線隨機器人運動而不停擺動，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量在70kg左右?？紤]到機器人要有足夠的負載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進行焊接，一般都選用100～150kg負載的重型機器人。為了適應連續(xù)點焊時焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機器人增加了可在0.3s內完成50mm位移的功能。這對電機的性能，微機的運算速度和算法都提出更高的要求。

2、 點焊機器人的焊接裝備

點焊機器人的焊接裝備，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。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器，已經開始采用逆變技術把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，也可以再進行二次整流，用直流電焊接。焊接參數由定時器調節(jié)。新型定時器已經微機化，因此機器人控制柜可以直接控制定時器，無需另配接口。點焊機器人的焊鉗，通常用氣動的焊鉗，氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般只有兩級沖程。而且電極壓力一旦調定后是不能隨意變化的。近年來出現(xiàn)一種新的電伺服點焊鉗。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動，碼盤反饋，使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定并預置。而且電極間的壓緊力也可以無級調節(jié)。這種新的電伺服點焊鉗具有如下優(yōu)點： 

1）每個焊點的焊接周期可大幅度降低，因為焊鉗的張開程度是由機器人精確控制的，機器人在點與點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點后，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位后焊鉗才閉會或焊鉗完全張開后機器人再移動； 

2）焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整，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間。 

3）焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調節(jié)，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。

③弧焊機器人 

弧焊機器人是用于進行自動弧焊的工業(yè)機器人。弧焊機器人的組成和原理與點焊機器人基本相同，在20世紀80年代中期研制出華宇-Ⅰ型弧焊機器人。一般的弧焊機器人是由示教盒、控制盤、機器人本體及自動送絲裝置、焊接電源等部分組成。可以在計算機的控制下實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制和點位控制。還可以利用直線插補和圓弧插補功能焊接由直線及圓弧所組成的空間焊縫?；『笝C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，具有可長期進行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產率、高質量和高穩(wěn)定性等特點。隨著技術的發(fā)展，弧焊機器人人正向著智能化的方向發(fā)展。

1、 弧焊機器人的基本功能

弧焊過程比點焊過程要復雜得多，工具中心點（TCP），也就是焊絲端頭的運動軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數都要求精確控制。所以，弧焊用機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個軸的機器人就可以用于電弧焊，但是對復雜形狀的焊縫，用5個軸的機器人會有困難。因此，除非焊縫比較簡單，否則應盡量選用6軸機器人。  

　弧焊機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，其軌跡應能貼近示教的軌跡之外，還應具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點處，機器人也應自動停止向前運動，以滿足工藝要求。此外，還應有接觸尋位、自動尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。                                                         

2、 弧焊機器人用的焊接設備

弧焊機器人多采用氣體保護焊方法（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器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數字控制，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接口。近年來，國外機器人生產廠都有自己特定的配套焊接設備，這些焊接設備內已經播人相應的接口板、所以在圖1a中的弧焊機器人系統(tǒng)中并沒有附加接口箱。應該指出，在弧焊機器人工作周期中電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應按持續(xù)率100％來確定電源的容量。 

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

四、 總結

工業(yè)機器人技術的研究、發(fā)展以及應用，有力的推動了世界工業(yè)技術的進步。特別是焊接機器人在高質高能的焊接生產中，發(fā)揮了極其重要的作用。雖然我國工業(yè)生產經過幾十年的努力，取得了很大的發(fā)展，但焊接生產作業(yè)的操作方式還相對比較落后而焊接機器人的出現(xiàn)，不但可以改變傳統(tǒng)的焊接生產作業(yè)模式，在降低生產工人勞動的前提下，提高了焊接生產率和焊接質量。目前，機器人在國外得到了迅速的發(fā)展，已經進入了一個全新技術階段。尤其是工業(yè)發(fā)達的美國、日本等國，機器人已經形成了一個獨立的產業(yè)，這使得我國在國際市場競爭更加激烈，對工業(yè)機器人的需求會越來越大，我國的工業(yè)機器人產業(yè)將面臨信的發(fā)展機遇和來自國外的挑戰(zhàn)，我們要把握這一機遇，迎接挑戰(zhàn)，為我國躋身于機器人強國之列而努力。