焊接机器人研究及应用现状.pdfVIP

1焊接机器人的发展历程

自从世界上第一台工业机器人ＵＮＩＭＡＴＥ于１９５９年在美国诞

生以来，机器人的应用和技术发展经历了三个阶段：

第一代是示教再现型机器人。这类机器人操作简单，不具备外界信息的反馈

能力，难以适应工作环境的变化，在现代化工业生产中的应用受到很大限制。

第二代是具有感知能力的机器人。这类机器人对外界环境有一定的感知能

力，具备如听觉、视觉、触觉等功能，工作时借助传感器获得的信息，灵活调整

工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。

第三代是智能型机器人。这类机器人不但具有感觉能力，而且具有独立判断、

行动、记忆、推理和决策的能力，能适应外部对象、环境协调地工作，能完成更

加复杂的动作，还具备故障自我诊断及修复能力。

焊接机器人就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。早期

的焊接机器人缺乏“柔性”，焊接路径和焊接参数须根据实际作业条件预先设置，

工作时存在明显的缺点。随着计算机控制技术、人工智能技术以及网络控制技术

的发展，焊接机器人也由单一的单机示教再现型向以智能化为核心的多传感、智

能化的柔性加工单元（系统）方向发展。

2焊接机器人国内外应用现状［１］

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，

广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。据不完全

统计，全世界在役的工业机器人中大约有一半用于各种形式的焊接加工领域。截

止２００５年，全世界在役工业机器人约为９１．４万台，其中日本装备的

工业机器人总量达到了５０万台以上，成为“机器人王国”，其次是美国和德

国；在亚洲，日本、韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量

居世界前三位。近几年，全球机器人的数量在迅速增加，仅２００５年就达１

２．１万台。我国自上世纪７０年代末开始进行工业机器人的研究，经过

二十多年的发展，在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制

造业的发展起到了重要的推动作用。据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现

出快速增长势头，平均年增长率都超过４０％，焊接机器人的增长率超过了

60%；2004年国产工业机器人数量突破1400台，进口机器人数量超过9000台，其

中绝大多数应用于焊接领域；2005年我国新增机器人数量超过了5000台，但仅占

亚洲新增数量的６％，远小于韩国所占的１5％，更远小于日本所占的69％。

这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造

业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制

造业自动化水平以及工业机器人应用程度的提高受到限制。

当前焊接机器人的应用迎来了难得的发展机遇。一方面，随着技术的发展，

焊接机器人的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，劳动力成本不断上升，

我国由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量和增强企业

竞争力，这一切预示着机器人应用及发展前景空间巨大。

我国焊接机器人的应用状况

我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等主要行

业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早的用户。早在20世纪70年代末，

上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制了直角坐标机械手，成功应用于上

海牌轿车底盘的焊接。一汽公司是我国最早引进焊接机器人的企业，1984年起

先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时红旗牌“”轿车的车身焊接

和解放牌“”车身顶盖的焊接。1986年成功地将焊接机器人应用于前围总成的焊

接，并于1988年开发了机器人车身总焊线。20世纪80年代末和20世纪90年

代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车，虽然是国外的

二手设备，但其焊接自动化程度和装备水平让我们认识到了与国外的巨大差距。

随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接机器人。可以说20世纪90年代以

来的技术引进和生产设备、工艺装备的引进使我国的汽车制造水平由原来的作坊

式生产提高到规模化生产，同时使国外焊接机器人大量进入中国。由于我国基础

设施建设的高速发展带动了工程机械行业的繁荣，工程机械行业也成为较早引入

焊接机器人的行业之一。近年来随着我国经济的高速发展，能源的大量需求，与

能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术，焊接机器人逐渐崭露头角。

铁路机车行业由于我国货运、客运、城市地铁等需求量的不断