机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，实现文明生产等方面具有重大作用。下面是我整理的机器人焊接技术论文，希望你能从中得到感悟!
浅谈焊接机器人
概要：本文从国内外工业机器人的发展，焊接机器人技术及现状，及焊接机器人的发展及前景，焊接机器人在生产中应用的主要 经验 和问题，四个方面分别进行阐述，为今后焊接机器人的研究提供了依据。
关键词：焊接机器人 机器人 管道焊接
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章 编号：
1.国内外工业机器人的发展
机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，它在提升企业技术水平、稳定产品质量、提高生产效率、实现文明生产等方面具有重大作用。大工业革命曾使人沦落为机器的奴隶，而机器人的诞生和广泛推广应用又重新使人类恢复了尊严。目前机器人技术已成为世界各发达国家竞相发展的高技术，其发展水平已成为衡量一个国家技术发展程度的重要标志之一。
美国是最早出现工业机器人的国家,1954年美国的G.C.戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文,第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念。1959年美国Unimation公司推出第一台工业机器人。1967年日本从美国引进Unimate和Ver satran等类型的工业机器人以后，结合国情,面向中小企业,采取一系列鼓励使用工业机器人的 措施 ,率先在汽车制造业的喷涂、焊接、装配等重要工序中得到应用。并以此为契机,向 其它 产业渗透。
在我国，人工焊接仍然占据焊接作业的主导地位，人工施焊时焊接工人经常会受到心理、生理条件变化以及周围环境的干扰。在恶劣的焊接条件下，操作工人容易疲劳，难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性，而焊接机器人则工作状态稳定，不会疲劳。因而，选择应用焊接机器人对产品进行焊接可以实现用稳定一致的工艺条件确保产品焊接强度和满足产品各项性能指标的要求，同时满足焊缝成型良好的产品外观质量要求。随着国外及国内对工业机器人在焊接方面的研究应用,我国也开始了焊接机器人的研究应用。在引进国外技术的基础上,中国于20世纪70年代末开始研究焊接机器人。1985年哈尔滨工业大学研制成功我国第一台HY-1型焊接机器人。1989年北京机床研究所和华南理工大学联合为天津自行车二厂研制出了焊接自行车前三脚架的TJR-G1型弧焊机器人,为“二汽”研制出用于焊接东风牌汽车系列驾驶室及车身的点焊机器人。上海交通大学研制的“上海1号”、“上海2号”示教型机器人也都具有弧焊和点焊的功能[3]。20世纪节式机器人。1999年北京机械工业自动化研究所机器人中心研制的AW-600型弧焊机器人工作站,采用PC工控机控制和PMAC可编程多轴控制系统,于1999年4月通过了国家机械工业局的鉴定。1999年7月15日,国家863计划智能机器人主题专家验收通过了由“一汽”集团、哈尔滨工业大学和沈阳自动化研究所联合开发的H-100 A型 点焊机器人。由此可见,我们国内的焊接机器人已开始走向实用化阶段。
2. 焊接机器人技术及现状
焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高升产效率，更主要原因是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。
通常情况下，焊接机器人系统由焊接机器人、机器人焊机、变位机以及回转工作台等周边装置、焊接夹具、安全装置等组成。焊接机器人的工作对象几乎和手工焊接一样广泛，可以焊接低碳钢、不锈钢、铝材、铜材等。焊接材料的厚度可以从零点几毫米到几毫米、十几毫米、直至几十毫米。并且能够灵活调整焊枪姿态，实现对工件的最佳焊接。
随着机器人控制技术的发展和焊接机器人应用范围的扩大，尤其为适应现代产品更新换代快和多品种小批量的需要，要求焊接机器人和变位机，弧焊电源等周边设备实现柔性化集成。这有助于减少辅助时间，是提高生产效率的关键之一。例如，在球形或椭圆形工件的径向焊缝或复杂形状工件的周边的卷边接头等状态下焊接时，为了使整条焊缝在焊接时都能使焊池水平或稍微下坡状态，焊接时变位机必须不断地变换工件位置和姿态。即变位机在焊接过程中不是静止不动的，而是要做相应的协调的运动。弧焊电源和工装夹具等也要在机器人统一控制下作相应的协调运动，才能保证整个系统的高效率，高质量的工作。
3. 焊接机器人的发展及前景
随着我国国民经济的发展和工业自动化水平的不断提高，特别是加入WTO,许多生产企业为提高产品质量和生产效率，争取尽快和国际市场接轨，在市场竞争中争取主动权，对在生产中采用机器人的要求越来越强烈，对应用机器人的呼声也越来越高，为焊接机器人市场的快速增长提供了一个良好的机会。机器人的需求量在逐年增加，中国近几年机器人市场将会一个大的跨越。
种种迹象表明，今后几年中国的焊接机器人市场将是技术不断提高，市场迅速扩大，应用工程项目市场竞争激烈的局面。预计今后的几年内，国内企业对点焊、弧焊机器人的需求量将以 30% 以上的速度增长。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人不断向智能化方向发展，机器人的感觉功能将实现多传感器信息的融合，控制系统从示教、离线编程向模糊控制发展，实现生产系统中机器人的群体协调和集成控制，从而达到更高的可靠性和安全性。从应用技术市场角度分析，性能和价格以及技术服务的质量将仍然是决定用户做出正确选择的主要因素。随着国内机器人公司自主品牌的性能价格比进一步提高，短期内将可以达到与国外产品抗衡的能力。从机器人应用范围来看，焊接机器人的应用在传统制造业领域的需求持续增长同时不断向其它行业扩散。国内外众多机器人厂家激烈竞争的结果将促进我国工业制造技术自动化水平的不断提高，应用焊接机器人的企业在高技术、高质量、低成本条件下获得高速发展。
4 .焊接机器人在生产中应用的主要经验和问题
弧焊机器人在实际生产中的应用及产业化仍有如下的关键问题等待进一步研究解决:
(1)弧焊机器人系统的柔性化集成及优化，减少辅助时间，提高生产效率;
(2)新型机器人用弧焊逆变电源结构和性能的优化及电流波形控制，使熔滴实现最佳过渡，减少飞溅;
(3)弧焊过程实用传感技术，快速准确地提取弧焊过程的特征信息，实现焊缝自动跟踪;
(4)实用化的弧焊动态过程和焊接质量的实时智能控制技术;
(5)弧焊机器人工程应用和产业化中的技术成果转化。
5 .结论
工业机器人技术的研究、发展与应用,有力地推动了世界工业技术的进步。特别是焊接机器人在高质高效的焊接生产中,发挥了极其重要的作用。我国焊接机器人技术的研究应用虽然较晚,但借鉴于国外的成熟技术,得到了迅速的发展。近年来,我国在焊缝跟踪、智能控制、信息传感、周边设备及机器人专用电源等方面进行了大量的研究与应用,取得了许多优秀的成果。随着智能机器人技术和人工智能理论的进一步发展,焊接机器人系统还有许多值得我们认真研究的问题,特别是多智能体系统、基于PC的控制器和模糊神经网络等方面将是研究的 热点 问题。
参考文献
1 孙明如 日本焊接自动化和焊接机器人发展动态 电焊机,vol.29,1999(11):30～31;
2龚进峰,彭商贤，履带式可变结构管道机器人及其双控制系统的研究 高技术通讯2001.12;
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目前，我国人口红利正在逐渐消失，机器人技术开发和实现人工替代将是大势所趋。长期以来，由于机器人成本较高而劳动力价格相对低廉，我国大部分制造业主要是劳动密集型企业。随着经济的持续快速发展，我国正从劳动密集型向现代化制造业方向转型，振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人的应用和普及自然成为企业较理想的选择。
工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中;并开始扩大到国防军事、医疗卫生、生活服务等领域，如无人侦察机、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例，当前我国工业机器人产业已初具规模。
前瞻网发布的《2014-2018年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示，2012年我国工业机器人销量2.69万台，同比增长19.6%。截至2012年底，中国的工业机器人保有量为101765台，仅次于日本，位居世界第二。由于中国有着全球最大的劳动力市场，机器人替代空间巨大，预计到2014年，中国将会超过日本，成为工业机器人需求量最大的市场。
随着人工成本的上涨、工作环境的改变、人口老龄化和多元化的市场竞争，各企业面临着重重压力。工业机器人产业是一个快速成长中的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。我国机器人使用密度处于极低水平，机器人使用密度的提升将带动机器人需求量的提升。通过对比美德日韩，我们测算我国机器人市场规模将超过160万台，相比较于目前不到10万台的装配量，还有巨大的发展空间。
总体来说，我国工业机器人行业近几年发展十分迅速，市场前景非常广阔。
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微型机器人的发展和研究现状
摘要: 微型机器人是微电子机械系统的一个重要分支, 由于它能进入人类和宏观机器人所不及的狭小空间内作业, 近几十年来受到了广泛的关注。本文首先给出了近年来国内外出现的几种微型机器人, 在分析了其特点和性能的基础上, 讨论了目前微型机器人研究中所遇到的几个关键问题, 并且指出了这些领域未来一段时间内的主要研究和发展方向。
关键词: 微型机器人; 微驱动器
近年来, 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行
器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前
景和军民两用的战略意义。因此, 作为微机电系统技
术发展方向之一的基于精密机械加工微机器人技术
研究已成为国际上的一个热点, 这方面的研究不仅有
强大的市场推动, 而且有众多研究机构的参与。以日
本为代表的许多国家在这方面开展了大量研究, 重点
是发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空
间医疗微系统和微型工厂。国内在国家自然科学基
金、863 高技术研究发展计划等的资助下, 有清华大
学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大
学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系
统进行了大量研究, 并分别研制了原理样机。目前国
内对微型机器人的研究主要集中在三个领域[6] : (1)
面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器
人。(2) 针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器
人。(3) 面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器
人。
1 微型机器人的发展和研究状况
根据国内开展微型机器人研究的实际情况, 我们
着重讨论微型管道机器人、无创伤微型医疗机器人和
特殊作业的微型机器人。
111 微型管道机器人
微管道机器人是基于狭小空间内的应用背景提
出的, 其环境特点是在狭小的管状通道或缝隙行走进
行检测, 维修等作业。由于与常规条件下管内作业环
境有明显不同, 其行走方式及结构原理与常规管道机
器人也不同, 因此按照常规技术手段对管道机器人按
比例缩小是不可行的。有鉴于此, 微型管道机器人的
行走方式应另辟蹊径。近年来随着微电子机械技术的
发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁- 机耦合
技术应用的发展, 使新型微驱动器的出现和应用成为
现实。微驱动器的研究成果已成为微管道机器人的重
要发展基础[1] 。
日本名古屋大学研制成一种微型管道机器人, 可
用于细小管道的检测, 在生物医学领域的小空间内作
微小工作。这种机器人可以由管道外面的电磁线圈驱
动, 而无须以电缆供电。日本东京工业大学和NEC
公司合作研究的螺旋式管内移动微机器人, 在直径为
Φ2514mm的直管内它的最大运动速度是260mm/ s , 最
大牵引力是12N。法国Anthierens 等人研制出了适用
于Φ16mm的蠕动式机器人, 此种微型机器人的最大
运动速度为5mm/ s , 负载可达20N , 具有很高的运动
精度, 负载大, 但运动速度较慢且结构复杂。
国内的上海大学和上海交通大学都研制出了惯性
冲击式管道微机器人, 上海交通大学的微机器人采用
层叠型压电驱动器驱动; 上海大学的微机器人驱动器
有层叠型和双压电薄膜两种类型[3] 。图1 所示为双压
电薄膜微小管道机器人其运动机理, 该机器人采用双
压电薄膜驱动器, 相对于单压电薄膜, 增大了驱动
力, 提高了承载能力。该机构的最大移动速度可以达
到15mm/ s , 具有前进、后退、上升和下降功能。
112 微型医疗机器人的发展
近几年来, 医疗机器人技术的研究与应用开发进
展很快, 微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用
领域, 据日本科学技术政策研究所预测, 到2017 年
医疗领域使用微型机器和机器人的手术将超过全部
医疗手术的一半。因此日本制定了采用“机器人外科
医生”的计划, 并正在开发能在人体血管中穿行、用
于发现并杀死癌细胞的超微型机器人。美国马里兰州
的约翰·霍普金实验室研制出一种“灵巧药丸”, 实际
上是装有微型硅温度计和微型电路的微型检测装置,
吞入体内, 可以将体内的温度信息发给记录器。瑞典
科学家发明了一种大小如英文标点符号的机器人, 未
来可移动单一细胞或捕捉细菌, 进而在人体内进行各
种手术。
国内的的许多科研院所主要开展了无创伤微型
医疗机器人的研究, 取得了一些成果。无损伤医用机
器人主要应用于人体内腔的疾病医疗, 它可以大大减
轻或消除目前临床上使用的各类窥镜、内注射器、内
送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适合及痛
苦。中国科学技术大学在国家自然科学基金的资助下
研制出了基于压电陶瓷驱动的多节蛇行游动腹腔手
术术微型机器人, 该机器人将CCD 摄像系统, 手术
器械及智能控制系统分别安装在微型机器人的端部,
通过开在患者腹部的小口, 伸入腹腔进行手术。其特
点是响应速度快, 运动精度高, 作用力与动作范围
大, 每一节可实现两个自由度方向上±60°范围内迅
捷而灵活的动作, 图2 所示的是利用腹腔手术机器人
进行手术的场景[5] 。浙江大学也研制出了无损伤医用
微型机器人的原理样机, 该微型机器人以悬浮方式进
入人体内腔(如肠道, 食道) , 可避免对人体内腔有
机组织造成损伤, 运行速度快, 速度控制方便。
113 特殊作业微型机器人的发展
除了上述提到的微型管道机器人和无创伤微型
医疗机器人以外, 国内外一些科研工作者广泛开展了
进行特殊作业微型机器人的研究。这种微型机器人配
备相应的传感器和作业装置, 在军事和民用方面具有
非常好的发展前景。
美国国家安全实验室制造出了有史以来世界上
最小的机器人, 这部机器人重量不到28g , 体积为
411cm3 , 腿机构为皮带传送装置, 该机器人可以代替
人去完成许多危险的工作。美国海军发明了一种微型
城市搜救机器人, 该机器人曾在2001 年“9111”事
件发生后的世贸废墟搜救现场大显身手。日本三菱电
子公司、松下东京研究所和Sumitomo 电子公司联合研
制出只有蚂蚁大小的微型机器人, 该机器人可以进入
空间非常狭小的环境从事修理工作, 身体两侧有两个
圆形的连接器可以与其他机器人相连接完成一些特殊
的任务。
由于自然界中的生物具有人类无法比拟的某些机
能, 因此近年来利用自然界生物的运动行为和某些机
能进行机器人设计、实现其灵活控制、受到了机器人
学者的广泛重视。国内已有多所高校和科研院所在开
展微型仿生机器人方面的研究。上海交通大学基于仿
生学原理, 利用六套并联平面四连杆机构、微型直流
电动机及相应的减速增扭机构研制出了微型六足仿生
机器人, 体积微小, 具有良好的机动性。该机器人长
30mm, 宽40mm, 高20mm, 重613 克, 其步行速度达
到3mm/ s[2] 。上海大学也进行了一些微型仿生机器人
的研究工作。
2 微型机器人发展中面临的问题
(1) 驱动器的微型化
微驱动器是MEMS 最主要的部件, 从微型机器人
的发展来看, 微驱动技术起着关键作用, 并且是微机
器人水平的标志, 开发耗能低、结构简单、易于微型
化、位移输出和力输出大, 线性控制性能好, 动态响
应快的新型驱动器(高性能压电元件、大扭矩微马
达) 是未来的研究方向。
(2) 能源供给问题
许多执行机构都是通过电能驱动的, 但是对于微
型移动机器人而言, 供应电能的导线会严重影响微型
机器人的运动, 特别是在曲率变化比较大的环境中。
微型机器人发展趋势应是无缆化, 能量、控制信号以
及检测信号应可以无缆发送、传输。微型机器人要真
正实用化, 必须解决无缆微波能源和无缆数据传输技
术, 同时研究开发小尺寸的高容量电池。
(3) 可靠性和安全性
目前许多正在研制和开发的微型机器人是以医
疗、军事以及核电站为应用背景, 在这些十分重要的
应用场合, 机器人工作的可靠性和安全性是设计人员
必须考虑的一个问题, 因此要求机器人能够适应所处
的环境, 并具有故障排除能力[4] 。
(4) 新型的微机构设计理论及精加工技术
微型机器人和常规机器人相比并不是简单的结
构上比例缩小, 其发展在一定程度上和微驱动器和精
加工技术的发展是密切相关的。同时要求设计者在机
构设计理论上进行创新, 研究出适合微型机器人的移
动机构和移动方式。
(5) 高度自治控制系统
微机器人要完成特定的作业, 其自身定位和环境
的识别能力是关键, 开发微视觉系统, 提高微图象处
理速度, 采用神经网络及人工智能等先进的技术来解
决控制系统的高度自治难题是最终实现实用化的关
键。
3 结论
微机器人还处于实验室理论探索时期, 离实用化
还有相当的距离。存在许多关键的技术没有得到解
决, 这些问题的解决过程中同时会带动许多相关学科
的发展。只有当这些问题解决以后, 微型机器人的实
用化才会成为可能。我们要勇于创新, 抓住这个前沿
课题, 将微型机器人技术应用到国民经济建设发展影
响较大的领域。
