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          焊接機器人的發展趨勢

          文章來源: 發布時間:2013年03月16日 點擊數: 字體大小:

                   焊接機器人目前已廣泛應用在汽車制造業,汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接,尤其在汽車底盤焊接生產中得到了廣泛的應用。應用點焊機器人這種技術可以提高焊接質量,因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業。在短距離內的運動時間也大為縮短。國內汽車廠家在生產后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件,主要構件采用沖壓焊接,板厚平均為1.5~4mm,焊接主要以搭接、角接接頭形式為主,焊接質量要求相當高,其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應用機器人焊接后,大大提高了焊接件的外觀和內在質量,并保證了質量的穩定性和降低勞動強度,改善了勞動環境。

            
          焊接機器人工作圖

            

            焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜(硬件及軟件)組成。而焊接裝備,以弧焊及點焊為例,則由焊接電源,(包括其控制系統)、送絲機(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統,如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

           


          焊接機器人工作圖

          焊接機器人工作圖

            焊接機器人發展趨勢

            目前國際機器人界都在加大科研力度,進行機器人共性技術的研究。從機器人技術發展趨勢看,焊接機器人和其它工業機器人一樣,不斷向智能化和多樣化方向發展。具體而言,表現在如下幾個方面:

            1)機器人操作機結構: 通過有限元分析、模態分析及仿真設計等現代設計方法的運用,實現機器人操作機構的優化設計。 探索新的高強度輕質材料,進一步提高負載/自重比。例如,以德國KUKA公司為代表的機器人公司,已將機器人并聯平行四邊形結構改為開鏈結構,拓展了機器人的工作范圍,加之輕質鋁合金材料的應用,大大提高了機器人的性能。此外采用先進的RV減速器及交流伺服電機,使機器人操作機幾乎成為免維護系統。 機構向著模塊化、可重構方向發展。例如,關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化;由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。 機器人的結構更加靈巧,控制系統愈來愈小,二者正朝著一體化方向發展。 采用并聯機構,利用機器人技術,實現高精度測量及加工,這是機器人技術向數控技術的拓展,為將來實現機器人和數控技術一體化奠定了基礎。意大利COMAU公司,日本FANUC等公司已開發出了此類產品。

            2)機器人控制系統: 重點研究開放式,模塊化控制系統。向基于PC機的開放型控 制器方向發展,便于標準化、網絡化;器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結構;大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。控制系統的性能進一步提高,已由過去控制標準的6軸機器人發展到現在能夠控制21軸甚至27軸,并且實現了軟件伺服和全數字控制。 人機界面更加友好,語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網絡化,以及基于PC機網絡式控制器已成為研究熱點。 編程技術除進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,在某些領域的離線編程已實現實用化。

            3)機器人傳感技術: 機器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機器人還應用了激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器,并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業等,大大提高了機器人的作業性能和對環境的適應性。 遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制。為進一步提高機器人的智能和適應性,多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法,特別是在非線性及非平穩、非正態分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統的實用化。
          4)網絡通信功能: 日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控制器已實現了與Canbus、Profibus總線及一些網絡的聯接,使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步,也使機器人由過去的專用設備向標準化設備發展。

            5)機器人遙控和監控技術 在一些諸如核輻射、深水、有毒等高危險環境中進行焊接或其它作業,需要有遙控的機器人代替人去工作。當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統,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構成完整的監控遙控操作系統,使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。多機器人和操作者之間的協調控制,可通過網絡建立大范圍內的機器人遙控系統,在有時延的情況下,建立預先顯示進行遙控等。

            6)虛擬機器人技術: 虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制,如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術,實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。

            7)機器人性能價格比: 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。由于微電子技術的快速發展和大規模集成電路的應用,使機器人系統的可靠性有了很大提高。過去機器人系統的可靠性MTBF一般為幾千小時,而現在已達到5萬小時,可以滿足任何場合的需求。

            8)多智能體調控技術: 這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理,感知與學習方法,建模和規劃、群體行為控制等方面進行研究。

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