機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與“中國制造2025”

機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與“中國制造2025”院(系)別機電及自動化學(xué)院專業(yè)機械制造及其自動化年級2015級課程名稱現(xiàn)代制造技術(shù)組別第二組成員陶寅周菁李慧慧陳琦宋意劉沖任課老師沈劍云研究員2016年1月15日摘要機器人集現(xiàn)代制造技術(shù)、新型材料技術(shù)和信息控制技術(shù)為一體，是智能制造的代表性產(chǎn)品，其研發(fā)、制造、應(yīng)用成為衡量一個國家科技創(chuàng)新和制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，引起了世界制造強國的高度重視?！吨袊圃?025》站在歷史的新高度，從戰(zhàn)略全局出發(fā)，在重點領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新路線圖中明確了我國未來十年機器人產(chǎn)業(yè)的開展重點主要為兩個方向：一是開發(fā)工業(yè)機器人本體和關(guān)鍵零部件系列化產(chǎn)品，推開工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用，滿足我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級迫切需求；二是突破智能機器人關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)一批智能機器人，積極應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)。工業(yè)機器人技術(shù)的研究、開展與應(yīng)用，有力地推動了世界工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。特別是焊接機器人在高質(zhì)高效的焊接生產(chǎn)中,發(fā)揮了極其重要的作用。關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人，焊接機器人，現(xiàn)代制造技術(shù)AbstractRobotsetmodernmanufacturingtechnology,newmaterialtechnologyandinformationcontroltechnologyasawhole,itisarepresentativeproductofintelligentmanufacturing,itsresearchanddevelopment,manufacturing,applicationisameasureofanationalscienceandtechnologyinnovationandmanufacturinglevelofanimportantsymbol,causingtheworldmanufacturingpowerofhighattention."Chinamade2025"inthehistoryofthenewheight,fromastrategicperspective,inthekeyareasoftechnologicalinnovationroadmapinthefuturetenyears,thefocusofthedevelopmentoftherobotindustryfocusmainlyintwodirections:first,thedevelopmentofindustrialrobotontologyandkeypartsoftheproduct,tomeettheurgentneedsofChina'smanufacturingindustrytransformationandupgrading,twokeytechnologiestodevelopanumberofintelligentrobots,activelyrespondtoanewroundoftechnologicalrevolutionandindustrialrevolution.Theresearch,developmentandapplicationofindustrialrobottechnology,haspromotedthedevelopmentoftheworldindustrytechnology.Especiallytheweldingrobotplaysanextremelyimportantroleinthehighqualityandhighefficiencyweldingproduction.KeyWord:Industrialrobot,Weldingrobots,ModernManufacturingTechnology目錄2233摘要28943目錄124883第1章調(diào)研背景3248021.1中國工業(yè)機器人開展現(xiàn)狀3201751.2開展先進(jìn)制造技術(shù)的必要性410439第2章國內(nèi)外工業(yè)機器人的開展現(xiàn)狀6121772.1國外工業(yè)機器人開展現(xiàn)狀675002.2我國工業(yè)機器人開展現(xiàn)狀619777第3章國內(nèi)外機器人先進(jìn)制造技術(shù)開展現(xiàn)狀950303.1先進(jìn)制造技術(shù)的概念及開展分析9144973.1.1數(shù)字化是開展的核心9123863.1.2精密化是開展的關(guān)鍵9264893.1.3極品化是開展的焦點9122443.1.4自動化是開展的條件10296483.1.5集成化是開展的方法10242923.1.6網(wǎng)絡(luò)化是開展的道路103587智能化是開展的前景10120963.1.8綠色化是開展的方向111683.2國內(nèi)外機器人先進(jìn)制造技術(shù)開展現(xiàn)狀分析1127209第4章焊接機器人與先進(jìn)制造12236324.1焊接機器人技術(shù)及現(xiàn)狀12246214.1.1焊接機器人用弧焊電源的研究12211664.1.2焊縫跟蹤技術(shù)的研究1374384.1.3多臺焊接機器人和外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)控制技術(shù)13173314.1.4仿真技術(shù)13154004.2焊接機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀14216434.2.1焊接機器人在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用14290064.2.2焊接機器人在造船中的應(yīng)用15265444.3焊接機器人的先進(jìn)技術(shù)16254054.3.1TCP(TooICenterPoint工具中心點)自動校零技術(shù)16180274.3.2雙絲焊接技術(shù)1714274.3.3激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)1739584.3.4伺服焊鉗技術(shù)的汽車裝焊工藝中的應(yīng)用18223784.4焊接機器人的開展趨勢18234594.4.1機器人操作機結(jié)構(gòu)18214844.4.2機器人控制系統(tǒng)19206504.4.3機器人傳感技術(shù)1931564.4.3網(wǎng)絡(luò)通信功能19234464.4.5機器人遙控和監(jiān)控技術(shù)20243834.4.6虛擬機器人技術(shù)20223744.4.7機器人性能價格比2079934.4.8多智能體調(diào)控技術(shù)2018905結(jié)論21第1章調(diào)研背景1.1中國工業(yè)機器人開展現(xiàn)狀[1-3]我國工業(yè)機器人從二十世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，863機器人技術(shù)主題對機器人技術(shù)開展作了重要戰(zhàn)略調(diào)整，從單純的研發(fā)機器人技術(shù)向機器人技術(shù)與自動化工藝裝備擴(kuò)展，將中心任務(wù)定義為“研究和開發(fā)面向先進(jìn)制造的機器人制造單元及系統(tǒng)，自動化裝備、特種機器人，促進(jìn)傳統(tǒng)機器的智能化和機器人產(chǎn)業(yè)的開展，提高我國自動化技術(shù)的整體水平”。通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已根本掌握了機器人操作機的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)，解決了工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，機器人軟件的設(shè)計和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線〔工作站〕與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制造技術(shù)，掌握了運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上?！笆濉逼陂g，根據(jù)“有所為，有所不為”，“重創(chuàng)新、抓應(yīng)用、建環(huán)境、促開展、見效益”的指導(dǎo)思想，顯現(xiàn)了有以機器人技術(shù)為主向根底裝備和成套裝備研發(fā)方向的轉(zhuǎn)移?？傮w來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人，約占全球已安裝臺數(shù)的0.5%。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、本錢也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)問題，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程?？v觀目前經(jīng)濟(jì)開展現(xiàn)狀，我國機器人市場增長非常迅猛，從銷售量上更是充分說明了這個不爭的事實。在中國市場上占有35%的市場份額的ABB公司2004年在中國賣出了600臺機器人。而該公司在過去9年中一共才在中國大陸市場銷售2000臺機器人。專家預(yù)測，中國機器人到2010年擁有量將到達(dá)17300臺，到2015年，市場容量將到達(dá)十幾萬臺〔套〕。汽車制造、工程機械及電機、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機器人需求最大的產(chǎn)業(yè)，其中所需機器人的品種以點焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓等為主。我國的智能機器人和特種機器人在“863”方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的開展根底，但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面那么剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的根底上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品。1.2開展先進(jìn)制造技術(shù)的必要性長期以來，由于我國人口眾多、勞動力價格低廉、生產(chǎn)技術(shù)水平又相對落后，工業(yè)機器人的應(yīng)用受到了很大限制。改革開放后，隨著大量外資、合資企業(yè)的出現(xiàn)以及國內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，特別是汽車業(yè)的快速開展，我國工業(yè)機器人應(yīng)用情況發(fā)生了相當(dāng)大的變化。據(jù)統(tǒng)計，“九·五”期間，我國工業(yè)機器人的需求量以每年30％以上的速度快速增長。至2000年時，我國工業(yè)機器人的擁有量已達(dá)3500臺左右，主要包括點焊、弧焊、噴漆、注塑、裝配、搬運、沖壓等各類機器人，銷售額為6．7億元。2005年時擁有量到達(dá)7000臺，年銷售額增長到28.7億元。近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，特別是汽車業(yè)的高速開展，我國每年新增的工業(yè)機器人臺數(shù)以及總擁有量都在快速增長。例如，2006年我國工業(yè)機器人新安裝臺數(shù)為5770臺，2007年為6581臺，2008年那么到達(dá)7500臺。截止到2008年末，我國已擁有31400臺工業(yè)機器人。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且對保障人身平安、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)本錢都有十分重要的意義。從制造業(yè)的開展歷程看，我國正處于工業(yè)化過程中，生產(chǎn)手段必然要經(jīng)歷機械化、自動化、智能化、信息化的變革，工業(yè)制成品也將經(jīng)歷數(shù)量、質(zhì)量、柔性低本錢的開展階段。目前制造業(yè)普遍需要技術(shù)和設(shè)備升級改造，以增強競爭力，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此，機器人產(chǎn)業(yè)的開展空間很大。機器人工作站，特別是機器人自動化生產(chǎn)線的不斷出現(xiàn)，不僅大大增強了企業(yè)競爭力，也給用戶帶來了顯著效益。隨著企業(yè)自動化水平的不斷提高，機器人自動化生產(chǎn)線的市場肯定會越來越大，將逐漸成為自動化生產(chǎn)線的主要形式。實際上，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速開展以及生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和勞動力本錢的不斷上升，如何進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低勞動強度、改善勞動條件已經(jīng)成為不少企業(yè)不得不考慮的問題。作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機器人的應(yīng)用和普及自然成為企業(yè)較理想的選擇。在國際上，工業(yè)機器人的應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。國內(nèi)外工業(yè)機器人的開展現(xiàn)狀2.1國外工業(yè)機器人開展現(xiàn)狀工業(yè)機器人性能不斷提高〔高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修〕，而單機價格不斷下降，以四自由度機器人為例，平均單機價格從1991年的10.3萬美元降至1997年的6.5萬美元，再降到2002年的3.8萬美元。從1960-2006年底，全球累計安裝工業(yè)機器人175萬臺〔套〕，其中2006年新安裝工業(yè)機器人67478臺，比2005年增加9%。2006年，安裝的工業(yè)機器人中60%的是關(guān)節(jié)型機器人，直角坐標(biāo)機器人有2005年的20%上升到22%，圓柱坐標(biāo)型機器人由2005年的12%下降到4%，水平多關(guān)節(jié)機器人由2005年8%上升到13%，直角坐標(biāo)機器人新安裝24148臺，比2005年增加4%，圓柱坐標(biāo)機器人15509臺，比2005年下降了71%，Scara機器人1867臺，比2005年增加了48%。機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化開展，例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化，由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機，國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向開展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)。大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接、切割、點膠機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人那么采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制，多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演開展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的開展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。2.2我國工業(yè)機器人開展現(xiàn)狀我國工業(yè)機器人從二十世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，863機器人技術(shù)主題對機器人技術(shù)開展作了重要戰(zhàn)略調(diào)整，從單純的研發(fā)機器人技術(shù)向機器人技術(shù)與自動化工藝裝備擴(kuò)展，將中心任務(wù)定義為“研究和開發(fā)面向先進(jìn)制造的機器人制造單元及系統(tǒng)，自動化裝備、特種機器人，促進(jìn)傳統(tǒng)機器的智能化和機器人產(chǎn)業(yè)的開展，提高我國自動化技術(shù)的整體水平”。通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已根本掌握了機器人操作機的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)，解決了工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，機器人軟件的設(shè)計和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線〔工作站〕與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制造技術(shù)，掌握了運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上?！笆濉逼陂g，根據(jù)“有所為，有所不為”，“重創(chuàng)新、抓應(yīng)用、建環(huán)境、促開展、見效益”的指導(dǎo)思想，顯現(xiàn)了有以機器人技術(shù)為主向根底裝備和成套裝備研發(fā)方向的轉(zhuǎn)移。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、本錢也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)問題，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國的智能機器人和特種機器人在“863”方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的開展根底，但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面那么剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的根底上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品?？傮w來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人，約占全球已安裝臺數(shù)的0.5%。國內(nèi)外機器人先進(jìn)制造技術(shù)開展現(xiàn)狀3.1先進(jìn)制造技術(shù)的概念及開展分析3.1.1數(shù)字化是開展的核心數(shù)字化包括以設(shè)計為中心的數(shù)字制造、以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。對數(shù)字化制造設(shè)備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字化信號；對數(shù)字化制造企業(yè)而言，各種信息〔如圖形、數(shù)據(jù)、知識和技能等〕均以數(shù)字形式通過網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)傳遞，在多種數(shù)字化技術(shù)的支持下，企業(yè)對產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃與重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品功能的仿真，對加工過程與生產(chǎn)組織過程仿真或完成原型制造，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的快速重組和對市場的快速反響。虛擬制造技術(shù)〔VM〕已經(jīng)在現(xiàn)代制造領(lǐng)域起到非常重要的影響，如美國波音公司在設(shè)計波音777飛機時，對整機設(shè)計、部件測試、整機裝配及試飛均采用ＶＭ技術(shù)，使該機型的開發(fā)周期由8年縮短為5年；美國克萊斯勒公司開發(fā)93LH系列汽車采用VM技術(shù)，使開發(fā)時間從36個月縮短為24個月。對全球制造業(yè)而言，在數(shù)字制造環(huán)境下，用戶借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)布信息，各類企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用電子商務(wù)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，形成動態(tài)聯(lián)盟,迅速協(xié)同設(shè)計并制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。3.1.2精密化是開展的關(guān)鍵現(xiàn)代超精密機械中對精度要求極高，如人造衛(wèi)星的儀表軸承，其圓度、圓柱度和外表粗糙度等均到達(dá)納米級?；虿僮鳈C械的移動距離為納米級，移動精度為0.1nm，細(xì)微加工、納米加工技術(shù)可達(dá)納米以下的要求，如果借助于掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡的加工，那么可達(dá)0.1。顯然，沒有先進(jìn)制造技術(shù)，就沒有先進(jìn)電子技術(shù)裝備。先進(jìn)制造技術(shù)與先進(jìn)信息技術(shù)是相互滲透、相互支持、緊密結(jié)合的。納米技術(shù)將精密化開展推向了極致，納米技術(shù)激發(fā)出過去從未有過的活力。在納米尺度上，出現(xiàn)了一系列在納米范疇以上不可估量的新概念、新性質(zhì)和新功能。納米技術(shù)可用來測量、控制和操縱納米尺度物質(zhì)，以改變其性質(zhì)和功能，并逐步擴(kuò)大其應(yīng)用的寬帶和廣度。3.1.3極品化是開展的焦點極品化是指生產(chǎn)特需產(chǎn)品的制造技術(shù)，其必須到達(dá)“極”的要求。例如能在高溫、高壓、高濕、強沖擊、強磁場和強腐蝕等條件下工作，或有高硬度、大彈性等特點，或極大、極小、極厚、極薄和奇形怪狀的產(chǎn)品等，都屬于特需產(chǎn)品?！拔C電系統(tǒng)”就是其中之一。這是工業(yè)興旺國家高度關(guān)注的前沿科技，亦即所謂微系統(tǒng)微制造。3.1.4自動化是開展的條件自動化是減輕、強化、延伸和取代人的有關(guān)勞動的技術(shù)或手段。自動化總是伴隨有關(guān)機械或工具來實現(xiàn)的。可以說，機械是一切技術(shù)的載體，也是自動化技術(shù)的載體。從控制理論、控制技術(shù)到控制系統(tǒng)、控制元件等，都有了極大的開展。近年來,工業(yè)機器人在適應(yīng)性、專用化、高精度、高速度、模擬性、靈活性、易操作、易控制和自動化等方面取得了較大的開展，自動化已成為先進(jìn)制造技術(shù)開展的前提條件。3.1.5集成化是開展的方法集成化主要指現(xiàn)代技術(shù)的集成、加工技術(shù)的集成和企業(yè)的集成等。集成化使專業(yè)、學(xué)科間的界限逐漸淡化和消失。先進(jìn)制造技術(shù)的不斷開展在冷熱加工之間，加工、檢測、物流和裝配過程之間，設(shè)計、材料應(yīng)用和加工制造之間的界限均逐漸淡化，逐步走向一體化。例如CAD、CAPP和CAM的出現(xiàn)、精密成形技術(shù)的開展、快速原型件制造技術(shù)的產(chǎn)生、機器人加工工作站及FMS的出現(xiàn)，現(xiàn)代制造系統(tǒng)使得自動化技術(shù)與傳統(tǒng)工藝密不可分。很多新材料的配制和成型是同時完成的，很難劃清材料應(yīng)用與制造技術(shù)的界限。3.1.6網(wǎng)絡(luò)化是開展的道路網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)制造技術(shù)開展的必由之路。制造業(yè)在市場競爭中，面臨多方面的壓力，如采購本錢不斷提高、產(chǎn)品更新速度加快、市場需求不斷變化、全球化所帶來的沖擊日益加強等。制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化會導(dǎo)致新的制造模式，即虛擬制造組織，形成動態(tài)的“虛擬企業(yè)”或“企業(yè)聯(lián)盟”,此時，各企業(yè)致力于自己的核心業(yè)務(wù)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、資源優(yōu)化動態(tài)組合與共享。智能化是開展的前景近20年來，制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型，這就要求制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要表現(xiàn)出某種智能，以便應(yīng)對大量復(fù)雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和劇烈競爭的復(fù)雜環(huán)境，因此智能制造越來越受到重視。與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造系統(tǒng)的突出之處在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬的人類專家的智能活動，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的局部腦力勞動，同時收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和開展人類專家的制造智能。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各領(lǐng)域的快速開展和廣泛應(yīng)用，為機械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的開展提供了新的環(huán)境，這給機械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的開展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。3.1.8綠色化是開展的方向日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源的約束，使綠色制造業(yè)顯得越來越重要,它將是21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征，與此相應(yīng)，綠色制造技術(shù)也將獲得快速的開展。制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開始到設(shè)計、制造、銷售、使用與維修，再到回收、再制造等各階段，都必須充分顧及環(huán)境保護(hù)與改善。不僅要保護(hù)與改善自然環(huán)境，還要保護(hù)與改善社會環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)者的身心健康。主要表達(dá)在：綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)；綠色制造技術(shù)；產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造。其實，保護(hù)與改善環(huán)境也是保護(hù)與開展生產(chǎn)力。因此，開展與采用新技術(shù)時，必須樹立科學(xué)的開展觀，使制造業(yè)不斷邁向綠色制造。3.2國內(nèi)外機器人先進(jìn)制造技術(shù)開展現(xiàn)狀分析在國外，工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機器人公司，其中包括：瑞典的ABB，日本的FANUC、YASKAWA、MOTOMAN。德國的KUKA，美國的AdeptTechnology，意大利COMAU，這些公司已經(jīng)成為其所在國家的支柱企業(yè)。我國的工業(yè)機器人研究開始于20世紀(jì)70年代，由于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)體制等因素的制約，開展比擬緩慢，研究和應(yīng)用水平也比擬低。1985年，隨著工業(yè)興旺國家開始大量應(yīng)用和普及工業(yè)機器人，我國在“七·五”科技攻關(guān)方案中將工業(yè)機器人列入了開展方案，由當(dāng)時的機械工業(yè)部牽頭組織了點焊、弧焊、噴漆、搬運等型號的工業(yè)機器人攻關(guān)，其他部委也積極立項支持，形成了中國工業(yè)機器人第一次高潮。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，為了實現(xiàn)高技術(shù)開展與國家經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場的密切銜接，863方案確定了特種機器人與工業(yè)機器人及其應(yīng)用工程并重、以應(yīng)用帶動關(guān)鍵技術(shù)和根底研究的開展方針。經(jīng)過廣闊科技工作者的辛勤努力，開發(fā)了7種工業(yè)機器人系列產(chǎn)品，102種特種機器人，實施了100余項機器人應(yīng)用工程[4]。在20世紀(jì)90年代末期，我國建立了9個機器人產(chǎn)業(yè)化基地和7個科研基地，包括沈陽自動化研究所的新松機器人公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的博實自動化設(shè)備、北京機械工業(yè)自動化研究所機器人開發(fā)中心、海爾機器人公司等。產(chǎn)業(yè)化基地的建設(shè)帶來了產(chǎn)業(yè)化的希望，為開展我國機器人產(chǎn)業(yè)奠定了根底。經(jīng)過廣闊科技人員的不懈努力，我國目前已經(jīng)能夠生產(chǎn)具有國際先進(jìn)水平的平面關(guān)節(jié)型裝配機器人、直角坐標(biāo)機器人、弧焊機器人、點焊機器人、搬運碼垛機器人和AGV自動導(dǎo)引車等一系列產(chǎn)品，其中一些品種實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。一批企業(yè)根據(jù)市場的需求，自主研制或與科研院所合作，進(jìn)行機器人產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。如奇瑞汽車與哈工大合作進(jìn)行點焊機器人的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)、西安北村精密數(shù)控與哈工大合作進(jìn)行機床上下料搬運機器人的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)、昆山華恒與東南大學(xué)等合作開發(fā)弧焊機器人、廣州數(shù)控開發(fā)焊接機器人、鹽城宏達(dá)開發(fā)弧焊機器人。但是，我國目前還沒有像日本的FANUC和德國的KUKA那樣的形成規(guī)模的工業(yè)機器人制造廠，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)目前在我國還僅僅處于萌芽階段。隨著我國現(xiàn)代制造業(yè)的開展。我國工業(yè)機器人的需求量在快速增長。工業(yè)機器人作為最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會開展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，工業(yè)機器人市場也會越來越大，這就給工業(yè)機器人的研究、開發(fā)、生產(chǎn)商帶來巨大商機。然而機遇也意味著挑戰(zhàn)，目前全球各大工業(yè)機器人供給商都已大力開拓中國市場。因此中國必須大力開展機器人產(chǎn)業(yè)，通過發(fā)揮中國生產(chǎn)制造優(yōu)勢，提高自主創(chuàng)新能力，尋求有特色的開展道路，在國家相關(guān)政策的支持下扶持和鼓勵一大批民族的機器人產(chǎn)業(yè)成長壯大。焊接機器人與先進(jìn)制造4.1焊接機器人技術(shù)及現(xiàn)狀4.1.1焊接機器人用弧焊電源的研究電源之于電器相當(dāng)于食物之于人類，所以說電源對任何一種電器來說都是至關(guān)重要的，作為一種智能電器，焊接機器人也不例外，它是否能夠保持高效率地工作，一個好的電源非常重要。因此，焊接機器人用弧焊電源的研究一直是焊接機器人研究的重中之重。逆變電源與晶閘管電源是當(dāng)前的弧焊機器人通常使用的兩種電源。另外，由于全數(shù)字化焊機具有焊接參數(shù)波動小，不容易受溫度升高等因素的干擾，而且具有重復(fù)性較高的優(yōu)點，所以它將是弧焊機器人焊接電源的一個重要的研究方向[5]。4.1.2焊縫跟蹤技術(shù)的研究想要保證焊接的質(zhì)量和效率，焊接條件是否穩(wěn)定是一個非常重要的因素。而我們都知道，絕對的穩(wěn)定條件是不可能的，所以是否可以實時檢測出由于焊接條件波動引起的焊縫偏差會直接影響焊接的質(zhì)量，因此也就離不開焊縫跟蹤技術(shù)的支持。焊縫跟蹤技術(shù)的研究主要以以下兩種技術(shù)為主[6]。首先，傳感器技術(shù)，目前研究的比擬多的有光學(xué)傳感器和電弧傳感器這兩種，其中前者又以視覺傳感器的研究比擬密集，這主要是因為它可以獲得非常多的信息并使用電腦視覺等前沿技術(shù)進(jìn)行分析處理，由此可以在很大程度上使得弧焊機器人更好地適應(yīng)焊接環(huán)境。另外，后者中的旋轉(zhuǎn)電弧傳感器由于其在偏差檢測時比擬靈敏而得到的關(guān)注度比擬高。其次，焊縫跟蹤控制理論與方法。模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為焊縫跟蹤技術(shù)的研究取得突破提供了很好的根底。當(dāng)前使用的通用型焊接模糊控制器就是將由模糊數(shù)學(xué)中的一系列工具得到的模糊控制理論和實際焊接過程相結(jié)合而開展而來的。模糊控制雖然擁有比擬優(yōu)質(zhì)的控制規(guī)那么，但是其綜合定量知識的能力還不夠好。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是研究和利用人腦的某些結(jié)構(gòu)和機理以及人的知識經(jīng)驗對系統(tǒng)進(jìn)行控制，它使用的是并行式的處理方式和分布式的信息存儲，因此能夠儲存大量的信息，而且它的容錯性比擬強，所以從自動化的方面來看十分適合焊縫跟蹤中的跟蹤智能控制和視覺模式識別。4.1.3多臺焊接機器人和外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)控制技術(shù)眾所周知，焊接機器人并不是一個獨立的工作單元，而是包含變位機及控制柜等元件的工作站或者系統(tǒng)，所以想要提高焊接效率，就必須使得系統(tǒng)的各個元件協(xié)調(diào)工作[7]。存在于很多工件焊縫處的橫焊等焊接位置能在很大程度上影響焊接品質(zhì)和焊縫成形的效果，而僅僅依靠調(diào)節(jié)機器人位置和姿勢以到達(dá)恰當(dāng)?shù)暮附游稽c不僅在技術(shù)上是很難的，而且也會給相應(yīng)操作員帶來諸多不便。這個時候如果可以通過控制變位機做協(xié)調(diào)運動使得將要被焊接的位點一直處于水平的位置，并且工裝夾具和弧焊電源等其他元件也做相應(yīng)的協(xié)調(diào)運動，焊接的質(zhì)量和效率肯定會大大提升。4.1.4仿真技術(shù)焊接機器人是一種多自由度、多連桿的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)體而我們在其研制、設(shè)計及試驗過程中，不可防止地要對其動力學(xué)、運動學(xué)性能進(jìn)行分析以及進(jìn)行軌跡規(guī)劃設(shè)計，而由于其復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其動力學(xué)和運動學(xué)問題非常復(fù)雜，很難進(jìn)行計算。如果可以不使用整個機器人作為仿真對象，而使用焊接機械手替代，然后再使用電腦圖形技術(shù)等技術(shù)在電腦中形成幾何圖形，并進(jìn)行演示，并以此對其中會遇到的一些問題進(jìn)行模擬并加以解決，這樣就可以防止很多不必要的無用功。4.2焊接機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀4.2.1焊接機器人在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用我國工業(yè)機器人的最初應(yīng)用是在汽車和工程機械行業(yè)，主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。目前，由于機器人技術(shù)以及研發(fā)的落后，工業(yè)機器人還主要應(yīng)用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。據(jù)統(tǒng)計，近幾年國內(nèi)廠家所生產(chǎn)的工業(yè)機器人超過50%是提供給汽車生產(chǎn)行業(yè)。可見，汽車工業(yè)的開展是近幾年我國工業(yè)機器人增長的源動力之一。焊接機器人在汽車生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。焊接機器人是在工業(yè)機器人根底上開展起來的先進(jìn)焊接設(shè)備，是從事焊接〔包括切割與噴涂〕的工業(yè)機器人，主要用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，其廣泛應(yīng)用于汽車及其零部件制造、摩托車、工程機械等行業(yè)，在汽車生產(chǎn)的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產(chǎn)工藝過程都有廣泛應(yīng)用，其中應(yīng)用最多的以弧焊、點焊為主。目前，焊接工業(yè)機器人在一汽、上汽、東風(fēng)沈陽中順、金杯通用、重慶長安、湖南長豐等眾多整車制造企業(yè)廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，每輛汽車車身上，大約有3000～4000個電阻點焊焊點，電阻點焊技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了汽車車身制造的量產(chǎn)化與自動化。據(jù)統(tǒng)計，2005年美洲地區(qū)汽車及汽車零部件制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求占該地區(qū)所有行業(yè)對工業(yè)機器人需求的比例高達(dá)61%。同樣，亞洲地區(qū)的該比例也到達(dá)33%，位于各行業(yè)之首。雖然2005年由于德國、意大利和西班牙三國對汽車工業(yè)投資趨緩，直接導(dǎo)致歐洲地區(qū)汽車工業(yè)對工業(yè)機器人需求占所有行業(yè)對工業(yè)機器人需求的比例下降到了46%，但汽車工業(yè)仍然是歐洲地區(qū)使用工業(yè)機器人最普及的行業(yè)。目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機器人密度最高的行業(yè)，如2004年德國制造業(yè)中每一萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量為162臺，而在汽車制造業(yè)中每一萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量那么為1140臺；意大利的數(shù)據(jù)更能說明問題，2004年意大利制造業(yè)中每一萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量為123臺，而在汽車制造業(yè)中每一萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量那么高達(dá)1600臺。多年來，我國汽車零部件生產(chǎn)一直是手工焊、專機焊占據(jù)焊接生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，焊接質(zhì)量不易保證，而且生產(chǎn)的柔性也很差，無法適應(yīng)現(xiàn)代汽車生產(chǎn)的需要。近年來由于焊接機器人的大量應(yīng)用，提高了零部件生產(chǎn)的自動化水平及生產(chǎn)效率，同時使生產(chǎn)更具有柔性，焊接質(zhì)量也得到了保證。近年來，焊接機器人在大連華克、上海華克、上海龍馬神、南京新迪、長春佛吉亞、上海匯眾等零部件及配件生產(chǎn)企業(yè)也有著典型的應(yīng)用。在汽車零部件的生產(chǎn)中廣泛采用了點焊、凸焊、縫焊、對焊及電弧焊等焊接工藝。如橫梁總成托架點焊，傳動軸平衡片凸焊，汽車燃油箱縫焊，汽車輪圈連續(xù)閃光對焊，汽車轉(zhuǎn)向臂、消聲器、凈化器殼體的電弧焊等。隨著市場競爭加劇，汽車行業(yè)面臨品種多、批量少的改型性新車型需求，要求焊接機器人系統(tǒng)必須高度柔性化。焊接機器人系統(tǒng)的柔性化，即適應(yīng)于不同零件的焊接夾具；能短時間內(nèi)快速調(diào)換氣、電信號以及配管、配線改換；控制程序必須能預(yù)置和快速轉(zhuǎn)換，最大程度地發(fā)揮機器人特點，以使一套機器人系統(tǒng)能根據(jù)需要焊接多種零件和適應(yīng)產(chǎn)品多樣化和改良的要求。柔性控制系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用PLC為主控單元，配以遠(yuǎn)程I/O模塊，通過機器人的遠(yuǎn)程I/O模塊，實現(xiàn)對機器人、夾具、夾具工作平臺及周邊裝置的控制。PLC程序采用結(jié)構(gòu)化方式編制，各個子程序分別對應(yīng)于一個功能，對于不同工件，只需調(diào)用或修正不同子程序，不需重新編程。不同產(chǎn)品的焊接內(nèi)容及夾具氣缸的動作關(guān)系的設(shè)計和操作完成后，可以長時間儲存，更換產(chǎn)品時可直接調(diào)用。操作控制采用觸摸屏，減少了大量復(fù)雜的連線，同時可以為不同工件專門設(shè)計不同的操作及狀態(tài)顯示界面，如金杯副車架、后橋及派力奧橫梁、擺臂等多種產(chǎn)品。隨著科學(xué)與技術(shù)的開展，工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前，工業(yè)機器人不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，同時也已開始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等效勞業(yè)領(lǐng)域中。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)效勞機器人和家庭用消費機器人將不斷貼近人類生活，其市場將繁榮興旺。4.2.2焊接機器人在造船中的應(yīng)用進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，我國機器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到政府的重視和支持，“七五”期間，國家投入資金對工業(yè)機器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù)的開發(fā)。從1985年哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功我國第一臺HY—l型焊接機器人，到1999年國家863方案智能機器人主題專家驗收通過了由一汽集團(tuán)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和沈陽自動化研究所聯(lián)合開發(fā)的HT一100A型點焊機器人，國內(nèi)的焊接機器人已開始走向?qū)嵱没A段。863方案實施以來，智能機器人技術(shù)跟蹤世界機器人技術(shù)的前沿，取得了一大批科研成果，成功研制出了一批特種機器人。從20世紀(jì)90年代起，我國的工業(yè)機器人在實踐中邁進(jìn)了一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、切割、搬運等各種用途的工業(yè)機器人。為我國機器人產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用奠定了根底。船板下料機器人、船體對接機器人等船舶工業(yè)應(yīng)用的機器人，不僅在“九五”期間得到了國家863方案的支持，同時也受到了企業(yè)的歡送和應(yīng)用。移動焊接機器人由于其移動性、強的磁吸附力以及較高的智能，已成為解決大型焊接結(jié)構(gòu)件自動化焊接的有效方法，在大型艦船艙體、甲板、船身、管道的焊接中已有應(yīng)用。2000年國家863方案“機器人應(yīng)用工程及其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”工程在長春通過了驗收，標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人實現(xiàn)了技術(shù)和應(yīng)用上的跨越，使我國工業(yè)機器人自主設(shè)計、制造和應(yīng)用的整體技術(shù)水平躋身國際先進(jìn)行列。國外船廠采用焊接機器人技術(shù)的決心和成效已給船舶焊接帶來了全新的概念，但在我國焊接機器人仍然以引進(jìn)為主。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國大約有70家工廠近500臺焊接機器人在生產(chǎn)中使用，其中弧焊機器人約占53％，點焊機器人約占46％，其他約占1％。已建成的機器人焊接柔性生產(chǎn)線5條，機器人焊接工作站約300。焊接機器人主要集中在汽車(65％)、摩托車(15％)及工程機械(16％)三個主要行業(yè)，其他行業(yè)(包括電器、自行車、機車、航空航天等)僅占4％。在我國用于船舶制造的焊接機器人幾乎仍是空白，我國船舶焊接的機械化、自動化率很低。1996年日本、韓國的造船焊接機械化自動化率已到達(dá)94．9％和82％，而我國的造船焊接機械化自動化率在2000年僅為60．52％，2003年為73．65％。當(dāng)前國內(nèi)船舶焊接機械化自動化的開展情況仍處于以推廣CO：半自動焊為主體，并向?qū)Ｓ脵C械化焊接的過渡階段，而國外船廠那么處于以專用機械化焊接為主，并處于示教型機器人焊接向智能型機器人焊接開展，進(jìn)而向無人監(jiān)視化開展的階段。然而近年來，我國已有大型船舶企業(yè)開始嘗試機器人焊接技術(shù)用于船舶結(jié)構(gòu)焊接。為了滿足管子車間的技術(shù)進(jìn)步需求及生產(chǎn)需要，擺脫對進(jìn)口設(shè)備的依賴，江蘇科技大學(xué)、上海外高橋造船和昆山華恒焊接設(shè)備技術(shù)合作將工業(yè)機器人、數(shù)字化焊接電源、主從控制技術(shù)等高新技術(shù)集成應(yīng)用到傳統(tǒng)的管子焊接生產(chǎn)，用2臺焊接機器人及1臺開口鉗式變位機為主導(dǎo)設(shè)備，成功研發(fā)了國內(nèi)第l條船用管一管、管一法蘭主從機器人焊接生產(chǎn)線，于2007年投人生產(chǎn)應(yīng)用。該系統(tǒng)大大提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品焊接質(zhì)量，減輕了工人勞動強度，可滿足各種管徑的焊接，解決了管子自動化生產(chǎn)的難題。4.3焊接機器人的先進(jìn)技術(shù)4.3.1TCP(TooICenterPoint工具中心點)自動校零技術(shù)[8]機器人的工具中心點就是焊槍的焊絲的端點,因此TCP的零位精度直接影響著焊接質(zhì)的穩(wěn)定性。但在實際生產(chǎn)中不可防止會發(fā)生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預(yù)見性因素導(dǎo)致TCP位t偏離。通常的做法是利用手動進(jìn)行機器人T校零,但一般全過程需要30min才能完成影響生產(chǎn)效率。TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術(shù),它的硬件設(shè)施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過TCP支座時,激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到CPU與最初設(shè)定值進(jìn)行比擬與計算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時,機器人會自動運行校零程序,自動對每根軸的角度進(jìn)行調(diào)整,并在最少的時間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。4.3.2雙絲焊接技術(shù)[9]近年來由于我國汽車、集裝箱、機車車輛、工程機械等行業(yè)的高速開展,對高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來開展起來的一種高速高效焊接方法,焊接薄板時可以顯著提高焊接速度,到達(dá)3-6m/min,焊接厚板時可以提高熔敷效率。除了高速高效外,雙絲焊接還有其他的工藝特點:在熔敷效率增加時保持較低的熱輸人,熱影響區(qū)小,焊接變形小,焊接氣孔率低等。由于焊接速度非常高,特別適合采用機器人焊接,因此可以說機器人的應(yīng)用也推動了這一先進(jìn)焊接技術(shù)的開展。目前雙絲焊主要有兩種方式:一種是Twinacr法,另一種為Tandem法。焊接設(shè)備的根本組成類似,都是由兩個焊接電源、兩個送絲機和一個共用的送雙絲的電纜。為了防止同相位的兩個電弧的相互干擾,常采用脈沖MIG/脈沖MAG焊法,并保持兩個電弧輪流交替燃燒。這樣一來,就要求一個協(xié)同控制器保證兩個電源的輸出電流波形相位相差1800。當(dāng)焊接參數(shù)設(shè)置到最正確時,脈沖電弧能得到無短路、幾乎無飛濺的過渡過程,真正做到“l(fā)個脈沖過渡1個熔滴”,每個熔滴的大小幾乎完全相同,其大小是由電功率來決定。Twinarc法的主要生產(chǎn)廠家有德國的SKS、Benzel和Nimark公司,美國的Miller公司。Tandem法的主要廠家有德國的aoos、奧地利Fronius和美國Lineoln公司。據(jù)德國ClooS公司介紹,采用Tandem法焊接2一3mm薄板時,焊接速度可達(dá)6“擴(kuò)min,焊接smm以上厚板時,熔敷效率可達(dá)24k/s。4.3.3激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是激光焊接與氣體保護(hù)焊的聯(lián)合,兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池。該技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末,但由于激光器的昂貴價格,限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。隨著激光器和電弧焊設(shè)備性能的提高,以及激光器價格的不斷降低,同時為了滿足生產(chǎn)的迫切需求,激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)近年來成為焊接領(lǐng)域最重要的研究課題之一。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)有多種形式的組合,有激光汀TIG、激光/MAG等。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)之所以受到青睞是由于其兼各熱源之長而補各自之短,具有1+l＞2或更多的“協(xié)同效應(yīng)”。與激光焊接相比,對裝配間隙的要求降低,因而降低了焊前工件制備本錢.另外由于有填充焊絲消除了激光焊接時存在的固有缺陷,焊縫更加致密。與電弧焊相比提高了電弧的穩(wěn)定性和功率密度,提高了焊接速度和焊縫熔深,熱影響區(qū)變小,降低了工件的變形,消除了起弧時的熔化不良缺陷。在這點上特別適合鋁及其合金的焊接。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是對激光焊接的重大開展,焊接同樣板厚的材料可降低激光功率一半左右,因此大大降低了企業(yè)的投資本錢,該技術(shù)的開展對推動激光焊接的普及將起重要的作用。4.3.4伺服焊鉗技術(shù)的汽車裝焊工藝中的應(yīng)用伺服機器人焊鉗,就是利用伺服電機替代壓縮空氣做為動力源的一種新型焊鉗。它具有以下優(yōu)點:(l)提高車身的外表質(zhì)量伺服焊鉗由于采用的是伺服電機,電極的動作速度在接觸到工件前,可由高速準(zhǔn)確地調(diào)整到低速,這樣,就可以形成電極對工件的軟接觸,減輕電極沖擊所造成的壓痕,從而也減輕了后序車身外表修磨處理量,提高了車身質(zhì)量。而且,應(yīng)用伺服控制技術(shù)可以對焊接參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化控制管理,可以保證提供出最適焊接參數(shù)數(shù)據(jù),保證焊接質(zhì)量。(2)改善作業(yè)環(huán)境由于電極對工件的是軟接觸,可以減輕沖擊噪聲,也不會出現(xiàn)使用氣動焊鉗時所造成的排氣噪。改善了現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境。(3)高生產(chǎn)效率伺服焊鉗的加壓開放動作由機器人來自動控制。與氣動焊鉗相比,伺服焊鉗的動作路徑可以控制到最短化,縮短生產(chǎn)節(jié)拍,提高生產(chǎn)效率。目前,從投資的角度來考慮,購置伺服焊鉗設(shè)備的一次投人較高,因此,伺服焊鉗還不能被廣泛采用。但是,考慮到伺服焊鉗的優(yōu)勢,如伺服焊鉗的軟接觸化,對工件的沖擊可減輕,從而可以相對減少焊接夾具夾緊機構(gòu)的數(shù)量,削減夾具的費用等,也可以減少生產(chǎn)線的整體投資額,伺服焊鉗仍有其廣闊的應(yīng)用空間。因此,隨著開展,伺服焊鉗會越來越多應(yīng)用生產(chǎn)線上。工業(yè)機器人技術(shù)的研究、開展與應(yīng)用,有力地推動了世界工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。特別是焊接機器人在高質(zhì)高效的焊接生產(chǎn)中,發(fā)揮了極其重要的作用。4.4焊接機器人的開展趨勢目前國際機器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機器人共性技術(shù)的研究。從機器人技術(shù)開展趨勢看，焊接機器人和其他工業(yè)機器人一樣，在不斷向智能化和多樣化方向開展。4.4.1機器人操作機結(jié)構(gòu)通過有限元分析.模態(tài)分析和仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用,實現(xiàn)機器人操作機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。探索新的高強度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載自重比，例如以德國KUKA公司為代表的機器人公司,已將機器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu),拓展了機器人的工作范圍,加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用,大大提高了機器人的性能。此外采用先進(jìn)的RV減速器和交流伺服電機,使機器人操作機幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。機構(gòu)向著模塊化\可重構(gòu)方向開展。例如，關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機﹑減速機﹑檢測系統(tǒng)三位一體化，由關(guān)節(jié)模塊﹑連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機，國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。機器人的結(jié)構(gòu)更加靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，兩者正朝著一體化方向開展。采用并聯(lián)機構(gòu)，利用機器人技術(shù)，實現(xiàn)高精度測量及加工，這是機器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實現(xiàn)機器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了根底。意大利COMAU公司﹑日本FANUC公司等已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。4.4.2機器人控制系統(tǒng)重點研究開放式﹑模塊化控制系統(tǒng)。向基于PC機的開放型控制器方向開展，便于標(biāo)準(zhǔn)化﹑網(wǎng)絡(luò)化，器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性﹑易操作性和可維修性?？刂葡到y(tǒng)的性能進(jìn)一步提高已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機器人開展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚27軸，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機界面更加友好，語言﹑圖形編程界面正在研制之中機器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點在某些領(lǐng)域的離線編程已實現(xiàn)實用化。4.4.3機器人傳感技術(shù)機器人中的傳感器作用日益重要9除采用傳統(tǒng)的位置﹑速度﹑加速度等傳感器外，裝配﹑焊接機器人還應(yīng)用了激光傳感器﹑視覺傳感器和力傳感器，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等。大大提高了機器人的作業(yè)