电焊机器人 焊接机器人，你真的全面了解？

1机器人焊接的主要优势

焊接机器人系统的应用具有以下优点:

1)提高生产效率，降低运营成本；

2)提高产品质量的稳定性和一致性；

3)缩短产品更换的准备周期，减少相应的设备投资；

4)降低对一线操作人员的技能要求，改善工作环境；

5)节约劳动工资及相关费用，提高安全生产；

6)更加灵活，不仅大大提高了批量生产的效率，还实现了小批量产品的快速响应；

7)更加信息化，更容易收集材料、半成品、成品、制造过程中的各种工艺参数等信息，便于质量控制、质量分析和产品过程追溯，同时更容易进行产品的成本统计和控制；

8)以焊接机器人为基本单元，辅以焊接电源、夹具、传感、控制等系统的集成，整个设备更加自动化、智能化、信息化，更容易实现工业4.0的智能化制造。

2焊接机器人的发展历史和基本情况

2.1焊接机器人的特点和组成

与一般工业机器人不同，焊接机器人不仅需要满足焊接过程的基本动作要求，还需要专用的焊接软件和其他应用软件；弧焊机器人还要求整个焊缝轨迹的准确性和可重复性、跟踪功能、对恶劣工作环境的适应性和抗干扰能力。

焊接机器人和多关节工业机器人一样，由主体、驱动系统和控制系统组成。主体是底座和执行机构；驱动系统包括动力装置和传动机构，用于使致动器产生相应的动作；控制系统根据输入程序向驱动系统和执行器发送命令信号并控制它们。

图2焊接机器人

2.2焊接机器人的发展

世界上第一台焊接机器人是日本川崎公司1974年在美国Unimate的基础上开发的弧焊机器人，用于摩托车车架制造。我国对弧焊机器人的研究始于20世纪80年代初，1984年哈尔滨工业大学研制出我国第一台焊接机器人。此后，焊接机器人的应用和技术发展经历了三个阶段。

第一代是示教再现机器人:这类机器人操作简单，对外界信息没有反馈能力，难以适应工作环境的变化，在现代工业生产中的应用受到限制。

第二代是具有感知能力的机器人:这类机器人对外界环境具有一定的感知能力，如听觉、视觉、触觉等功能。工作时借助传感器获取信息，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:这种机器人不仅具有感觉能力，还具有独立判断、行动、记忆、推理和决策的能力，能够适应外界物体，与环境和谐相处，能够完成更复杂的动作，还具有故障自诊断和自修复能力。

图3焊接机器人的发展

早期的焊接机器人缺乏灵活性，焊接路径和焊接参数必须根据实际工作条件进行预设，因此在工作时存在明显的缺点。随着计算机控制技术、人工智能技术和网络控制技术的发展，焊接机器人也从单一的单机示教再现型发展到以智能为核心的多传感、智能柔性处理单元(系统)。

2.3焊接机器人的应用及前景

近五年来，国内机器人市场保持快速增长，未来行业仍将保持20%以上的增长速度。中国连续几年成为世界最大的工业机器人应用市场。2016年，中国工业机器人共销售88992台，同比增长26.6%(2016年，全球市场销售29.4万台机器人)。在应用行业，2017年，汽车行业使用的机器人数量仍占最高的33%，在3C制造业中，占第二位的28%，但增长最快(同比增长86%)。在下游需求的推动下，2017年中国工业机器人累计产量达到13.1万台，同比增长68%。我们认为，中国制造业智能化转型升级的需求日益突出。与此同时，随着下游3C制造业、以汽车零部件制造业为代表的汽车制造业以及汽车制造业的复苏，对工业机器人的需求不断增加，企业产量不断扩大。受政策、成本、技术等驱动。，未来很长一段时间内机器替代的热潮不会消退，焊接、打磨、喷涂等枯燥、工作环境非常恶劣的工业领域将继续保持高增长需求。2017年，中国工业机器人年销量预计为11.5万台，2018-2020年复合年增长率为22%，到2020年将达到21万台/年。如果每个机器人按18万人民币计算，2020年市场规模将达到378亿人民币。

图4 2011-2020年中国工业机器人销量及预测

图5 2017年，中国工业机械产量为13.1万台，增长率为68%

3焊接机器人系统集成的基本信息

3.1焊接机器人系统集成的特点

焊接机器人是集焊接技术、机械设计、识别与传感技术、自动控制、信息采集与处理、人工智能等学科于一体的高科技应用技术，主要解决工业制造中以焊接技术为主的自动化设备。该焊接机器人系统不仅具有满足焊接要求、实现半自动化或自动化、信息化和智能化、焊接质量控制和检验的基本要求，而且根据用户的实际应用需求，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的基本组件

除焊接机器人本体外，焊接机器人系统由焊接电源、定位器、焊接夹具、辅助装卸和物流系统、焊缝识别和跟踪装置、焊接质量控制和检测、信息采集和传输系统、综合控制和一些辅助装置(如电弧焊的清枪和线切割机构、安全围栏和环保装置)等组成。

图6焊接机器人系统集成的基本组成

3.3焊接机器人在中国的主要应用

焊接机器人系统集成在我国的大规模应用始于汽车设备生产线上的电阻点焊和薄板电弧焊。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”车身焊接和“解放”汽车顶盖焊接，并于1988年开发了车身机器人全自动焊接生产线。20世纪90年代初，随着上海大众、一汽大众等合资汽车厂的诞生，通过引进、消化和二次开发，我国焊接机器人系统的集成能力和行业市场的应用能力大大提高。当时除了少数大型国有企业引进消化国外机器人应用外，国内较早参与焊接机器人应用的高校和科研机构有哈尔滨工业大学、清华大学、北京密云机床研究所、沈阳自动化研究所等。值得一提的是，北京精益公司(现中电华强)也是国内焊接机器人系统集成的先驱。

经过20多年的发展，焊接机器人不仅在中国的汽车制造领域得到了广泛的应用，而且在摩托车、工程机械、钢结构、核电风电、航空空航天、海洋工程、轨道交通、国防军工、家电、民用五金等其他行业也得到了广泛的应用。从区域市场来看，中国的焊接机器人系统主要应用在整体产业相对发达的珠三角和长三角地区。

图7焊接机器人在中国的主要应用

3.4焊接机器人系统集成及应用技术现状

目前，简易焊接机器人系统集成单元比较成熟，应用案例较多。全线系统集成技术也广泛应用于车身点焊。

从技术角度来看，焊接机器人的系统集成不仅仅是焊接机器人本身，还包括焊接电源、焊缝跟踪系统、全线控制技术等功能单元，以满足不断增长的客户需求。弧焊机器人系统集成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和焊接参数自调整技术(专家系统)、离线编程和远程控制技术、多机器人协调控制技术、机器人控制系统和外轴自适应技术、自动焊接过程信息采集技术等方面得到了快速发展和应用。

图8技术应用现状

3.5焊接机器人应用流程

在机器人制造商和机器人系统集成商的共同努力下，机器人可以应用点焊、电弧焊、激光焊接、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。，其中点焊和电弧焊应用广泛(占总数的近90%，点焊约占40%)。

3.6焊接机器人系统集成行业

随着机器人行业的蓬勃发展，目前国内焊接机器人系统集成商有300-400家，总销量呈几何级增长。2015年总销售额约100亿元，其中汽车制造业的大型系统集成商主要以点焊机器人为主。除了科迈、库卡、ABB等外企外，国内大型企业还有成都马里。、广州罗明、宜兴东方等公司；除了海外的CLOOS和IGM公司，还有国内的唐山开元、厦门Sylt、昆山华恒、珠海凌锐等企业。但国内80%以上的焊接机器人系统集成商规模小，缺乏熟练人员，综合技术水平、整体解决方案和服务能力弱，市场竞争力差，年销售额不超过1000万元，保持着惨淡的经营状态。

焊接机器人系统集成的发展趋势

4.1整体市场需求预测

目前，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，性能不断提高；另一方面，劳动力成本上升，中国正在从制造大国向制造强国迈进，需要升级加工手段，提高产品质量，增强企业竞争力，这表明焊接机器人的应用和发展前景巨大。

工业和信息化部预计，2015年至2025年，中国工业机器人销售的复合年增长率将达到35%。10年来，机器人本体市场达到近千亿元，系统集成和零部件维修市场累计近3500亿元。机器人焊接行业的应用市场占30%，十年后每年可以达到1000亿的市场容量。

4.2焊接机器人系统集成应用市场发展趋势

从工业制造中焊接需求的发展来看，焊接机器人系统集成应用的市场趋势主要包括:

1)中厚板高效高焊接性能和薄板高速焊接；

2)少量大型构件机器人的自动焊接(如海洋工程、造船业)；

3)高强度钢、超高强度钢、复合材料、特殊材料的焊接；

4)更稳定的焊接质量，焊接监控和测试，焊接参数的记录和再现；

5)多工序联动生产线使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的发展趋势

1)焊接电源的工艺性能进一步提高，适应性更广，更加数字化和智能化；

2)焊接机器人本体更加智能化；

3)视觉、力、触觉、信息采集等各种智能传感技术的开发与应用；

4)更强大的自适应软件支持系统；

5)焊接和上下游加工工序的熔合和总线控制；

6)焊接信息化、智能化与互联网融合，最终实现无人智能工厂；

7)虚拟制造和仿真技术的发展。

图9技术发展趋势

总之，先进高效、自动化、柔性化和智能化系统是焊接机器人系统集成的重要发展趋势。焊接机器人系统集成正经历着从单机示教再现到多传感、智能柔性机器人工作站或多机器人工作组甚至全厂生产线的发展。

焊接机器人系统集成的问题与思考

5.1整体市场状况

目前焊接机器人整体市场需求情况是低端市场竞争激烈，高端市场跟不上客户需求，大部分系统集成商没有能力形成成熟完善的整体解决方案。

5.2技术问题

目前，焊接机器人系统集成仍处于单系统的低端应用水平，从技术角度来看仍存在一些问题:

1)各集成单元技术的性能和稳定性存在一些问题。像机器人本体，很多还是依靠进口技术和产品，价格高，服务成本高，在一定程度上限制了专用机器人系统集成的应用；

2)整体系统集成水平较低，尤其是多机器人、多工序组合生产线的集成能力较弱；

3)由于对子行业的需求了解不够，流程和技术分解比较粗糙，很难提供适合行业现状和需求的有竞争力的系统解决方案。

图10技术问题