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ＶＩ１．１论文的选题意义

第１章绪论

自动化的焊接机器人能提供稳定地焊接质量，减轻人的劳动强度，提高工作

效率,降低生产成本，在工业领域得到了广泛的应用。但应用于工业生产中的焊

接机器人大多是固定的，主要通过机械臂的活动来工作,又由于空间的限制使得

机器人的工作范围、工作对象大大受到限制。在大型工件,如:石化工业中的大型

储油罐、球罐、管道的焊接，多在现场作业，焊接位置手工作业难以达到,恶劣

的工作环境不仅增大了工人的劳动强度，而且影响焊接质量.工程应用中亟待开

发出能够取代工人手工操作的低成本自动化的焊接设备，以减少生产过程中人为

因素的影响,提高焊接质量，这些情况都对移动焊接机器人的研究和应用提出了

迫切的要求。

现在，国外在这方面的技术基本成熟,但国内各单位对这些技术的了解有相

当部分还停留在文献上或局部上。所以应该从基本做起，开展一些基础技术研究

作为机器人课题的主要研究与开发内容之一。

１．２焊接机器人的发展历程

自从世界上第一台工业机器人ＵＭＭＡＴＥ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¨。６３.

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移动焊接机器人系统研究

１．３焊接机器人国内外应用现状

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１２．１万台。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ｌ４００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％＂¨钔。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呻１。

１．４移动焊接机器人的关键技术

为了适应野外自动化作业的需要，要求移动焊接机器人能够在平面、球面或

是弧面上，都能有较大的动作范围，或者说只受电缆限制不受机构限制；在全位

置焊接时，还要求能够吸附在工件上爬行.研究这样的智能系统,必须解决以下

几个方面的问题:机构方面，必须具有最为合理的自由度配置形式,同时要尽量

使机构轻便、运动灵活；自动跟踪传感与闭环控制方面，研究最佳的信息传感方

式，使系统具有最强的实时性;控制器方面，研究最合理有效的协调各自由度运

动控制的原理与方法。所以,移动焊接机器人的关键技术是传感技术、