焊接机器人的基本介绍（你真的全面了解）

小君 2023-01-04 01:18:32 492

焊接机器人的基本介绍（你真的全面了解）7)更加信息化，使得生产制造过程中的材料、半成品、成品、各种工艺参数等信息更加容易采集，方便质量控制、质量分析、产品制程追溯，同时产品的成本统计和控制也更加容易；6)更加柔性化，不仅大大提升批量化生产的效率，也可实现小批量产品的快速响应；3)缩短产品更新换代的准备周期，减少相应的设备投资；4)降低对一线操作人员技能要求，改善劳动环境；5)节约人工工资和相关费用，提高生产安全；

1 焊接机器人系统的应用，主要有以下优点：

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自动焊接机器人

1)提高生产效率，降低运营成本；

2)提高产品质量的稳定性及一致性；

3)缩短产品更新换代的准备周期，减少相应的设备投资；

4)降低对一线操作人员技能要求，改善劳动环境；

5)节约人工工资和相关费用，提高生产安全；

6)更加柔性化，不仅大大提升批量化生产的效率，也可实现小批量产品的快速响应；

7)更加信息化，使得生产制造过程中的材料、半成品、成品、各种工艺参数等信息更加容易采集，方便质量控制、质量分析、产品制程追溯，同时产品的成本统计和控制也更加容易；

8)以焊接机器人为基本单元，辅之焊接电源、夹具、传感、控制等系统集成，使得整个装备更加自动化、智能化、信息化，更容易实现“工业4.0”的智能制造。

图2 焊接机器人

2.2 焊接机器人发展历程

世界上首台焊接机器人是1974年日本川崎公司以美国Unimate为基础开发出的弧焊机器人，用于摩托车车架制造。我国弧焊机器人的研究起步于上世纪80年代初，1984年由哈尔滨工业大学研发出国内首台焊接机器人。此后，焊接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，不具备外部信息的反馈能力，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。

第三代是智能机器人：这类机器人不但具备感觉能力，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自我修复能力。

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图3 焊接机器人发展历程

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。

2.3 焊接机器人应用情况及前景

近 5 年国内机器人市场一直保持高速增长，未来行业仍将保持 20%以上的增速。我国连续数年成为全球第一大工业机器人应用市场， 2016 年中国工业机器人全年累计销售 88992 台，同比增长 26.6%（2016 年全球市场机器人销量 29.4 万台）。在应用行业上， 2017 年汽车产业使用的机器人数量占比依然最高达 33%，在 3C制造业用量占比第二达 28%，但增长最快（同比增长 86%）。在下游需求推动下， 2017 年我国工业机器人累计产量 13.1 万台，同比增长 68%。我们认为当前我国生产制造智能化改造升级的需求日益凸显，同时伴随着下游 3C 制造业、以汽车零部件及配件制造、汽车整车制造为代表的汽车制造业等工业领域回暖，工业机器人需求量不断增加，企业产量持续扩张。在政策、成本、技术等推动下，未来机器换人的热潮在相当长的时间不会衰减，焊接、打磨、喷涂等枯燥、工作环境十分恶劣等工业领域将持续保持较高的增长需求。2017 年中国工业机器人年销量预计为 11.5万台， 2018-2020 年复合年均增长率为 22%，至 2020 年将达到 21 万台/年，如果每台机器人按 18 万人民币计算， 2020 年市场规模将可达到 378 亿元。

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图4 2011-2020 年中国工业机器人销量及预测

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图5 2017 年我国工业机器产量 13.1 万台，增速 68%

3 焊接机器人系统集成基本情况

3.1 焊接机器人系统集成特点

焊接机器人是集焊接工艺、机械设计、识别和传感技术、自动控制、信息采集和处理、人工智能等多学科而形成的高新应用技术，主要是为了解决工业制造中以焊接工艺为主的自动化装备。焊接机器人系统除了具有满足焊接需求、可以实现半自动化或自动化、信息化和智能化、焊接质量控制和检测等基本需求外，根据用户实际应用需求，系统还辅助上下游工序实现生产自动化和智能化。

3.2 焊接机器人系统集成基本组成

除焊接机器人本体以外，焊接机器人系统的构成有：焊接电源、变位机、焊接夹具、辅助上下料和物流系统、焊缝识别跟踪装置、焊接质量控制和检测、信息采集和传输系统、综合控制及部分辅助装置（如弧焊的清枪剪丝机构、安全围栏和环保装置）等。

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图6 焊接机器人系统集成基本组成

3.3 我国焊接机器人的主要应用

我国焊接机器人系统集成的较大规模应用是从汽车装备生产线的电阻点焊和薄板弧焊开始。1984年，一汽公司率先引进德国KUKA焊接机器人用于当时的“红旗牌”车身焊接和“解放牌”车头顶盖焊接，并于1988年开发出整个车身机器人焊装自动生产线。上世纪90年代初，随着上海大众和一汽大众等合资汽车厂的诞生，通过引进、消化、二次开发等手段，我国焊接机器人系统集成能力和行业市场的应用能力大大提高。当时，除了少数几家大型国有企业引进消化国外机器人应用以外，我国较早涉足焊接机器人应用的大学和科研单位有哈尔滨工业大学、清华大学、北京密云机床所、沈阳自动化所等，值得一提的是北京精艺公司（现中电华强）也是我国最早从事焊接机器人系统集成的先驱者。

经过二十几年的发展，焊接机器人目前不仅仅在我国汽车制造领域，其他如在摩托车、工程机械、钢结构、核电风电、航空航天、船舶海工、轨道交通、国防军工、家用电器、民用五金等行业都有广泛的应用。从区域市场来看，我国的焊接机器人系统主要集中应用在珠三角和长三角总体工业比较发达的区域。

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图7 焊接机器人在国内的主要应用

3.4 焊接机器人系统集成应用技术现状

目前，简单的焊接机器人系统集成单元相对比较成熟，应用案例也非常多，整线系统集成技术在汽车制造业车身点焊中也有广泛的应用。

从技术角度看，焊接机器人的系统集成，不仅是焊接机器人本体，还需要焊接电源、焊缝跟踪系统、整线控制技术等各个功能单元都能满足日益发展的客户需求。弧焊机器人系统集成主要在焊接路径规划和自适应跟踪技术、专用数字化焊接电源技术及焊接参数自调节技术（专家系统）、离线编程及遥控技术、多机器人协调控制技术、机器人控制系统和外部轴适应技术、自动化焊接过程的信息采集技术等方面都有较快的发展和应用。

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图8 技术应用现状

3.5 焊接机器人应用工艺方法

在机器人厂商和机器人系统集成商的共同努力下，目前机器人可以应用点焊、弧焊、激光焊、多工艺复合焊接、搅拌摩擦焊、等离子和激光切割、钎焊等多种焊接工艺方法，其中点焊和弧焊应用较多（总占比近90%，点焊占比40%左右）。

3.6 焊接机器人系统集成行业情况

随着机器人产业的火热，目前我国大大小小焊接机器人系统集成商达300-400家，总体销售额成几何级增长。2015年总体销售额约100亿元，其中体量较大的是以点焊机器人为主的汽车制造行业系统集成商，除COMAU、KUKA、ABB等国外公司以外，国内企业体量较大的有成都玛瑞、广州明珞、宜兴东方等公司；弧焊机器人系统集成商体量较大的除国外CLOOS、IGM公司以外，国内的企业有唐山开元、厦门司尔特、昆山华恒、珠海瑞凌等公司。但国内80%以上的焊接机器人系统集成商规模很小，缺乏技能人才，综合技术水平和总体解决方案和服务能力都很弱，市场竞争力差，年销售额不超过千万元，维系惨淡经营状态。

4 焊接机器人系统集成发展趋势

4.1 总体市场需求预测

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降低，性能不断提升；另一方面劳动力成本不断上升，我国正在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，这一切预示着焊接机器人应用及发展前景空间巨大。

国家工信部预计，2015年至2025年期间，中国工业机器人年销量复合增长率将达到35%，10年间机器人本体市场规模近千亿元，加上系统集成及配件维修市场累计近3500亿元左右。机器人焊接产业应用市场按占比30%计算，十年后年可达千亿市场体量。

4.2 焊接机器人系统集成应用市场发展趋势

从工业制造对焊接需求的发展角度来看，焊接机器人系统集成应用市场的趋势主要有：

1）中厚板的高效高焊缝性能和薄板高速焊接；

2）数量小的大构件机器人自动焊接（如海洋工程和造船行业）；

3）高强钢、超高强钢、复合材料、特种材料的焊接；

4）更加稳定的焊接质量及其焊接监控、检测，焊接参数的记录和再现；

5）多加工工序联动的生产线，使得工业制造更加自动化、智能化、信息化。

4.3 焊接机器人系统集成应用技术发展趋势