焊接機(jī)器人軟硬件發(fā)展歷程

近年來，數(shù)字化、智能化、流水線化結(jié)構(gòu)件加工設(shè)備已在汽車、數(shù)碼3C產(chǎn)品等制造業(yè)細(xì)分領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人便是這些產(chǎn)線數(shù)字化、智能化的核心部件。

經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在物料搬運(yùn)、非接觸式加工、零部件裝配及自動(dòng)化檢測等生產(chǎn)過程中，均有不同深度、廣度的應(yīng)用。

其中，非接觸式加工中的焊接機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用最廣、最為主流的品類，全球在役的工業(yè)機(jī)器人中，約有半數(shù)以上應(yīng)用于焊接加工流程。

一

硬件發(fā)展

1957年，

美國機(jī)器人公司Unimation成立，并于次年正式運(yùn)營。

1959年，

工業(yè)機(jī)器人Unimate問世，由美國發(fā)明家恩格爾伯格（Joseph Engelberger）和喬治德沃爾（George Devol）共同發(fā)明。

圖1

世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人Unimate

1961年，

美國通用汽車公司安裝了這臺工業(yè)機(jī)器人，標(biāo)志著機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域正式投入應(yīng)用。

上世紀(jì)八十年代，

美國軍方將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于軍船的建造，工業(yè)機(jī)器人逐漸走入航運(yùn)及船舶制造業(yè)。

上世紀(jì)九十年代，

日本大型造船企業(yè)開始采用機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)。

1995年，

韓國船企改造生產(chǎn)線，焊接機(jī)器人逐步應(yīng)用于造船工業(yè)。

21世紀(jì)以來，

北歐各企業(yè)的焊接機(jī)器人生產(chǎn)、應(yīng)用逐步成熟，奧地利、芬蘭等國的焊接機(jī)器人系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于丹麥、德國、新加坡等國的大型船企。

目前，

日韓船企正在逐步完成小組立焊接生產(chǎn)線的機(jī)器人化，工人投入逐漸減少的同時(shí)，生產(chǎn)效率有了明顯提高。

二

軟件發(fā)展

工業(yè)機(jī)器人作業(yè)編程軟件的發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段，即通過示教進(jìn)行作業(yè)再現(xiàn)、通過離線編程進(jìn)行作業(yè)下發(fā)及自主識別編程階段。

示教再現(xiàn)

其中，示教再現(xiàn)階段較為初級，即通過人工導(dǎo)引或示教盒引導(dǎo)機(jī)器人末端的夾持器、焊槍等功能執(zhí)行器具依照固定的路徑及輸出參數(shù)完成預(yù)設(shè)的動(dòng)作，該過程稱為“示教”。由用戶示教過程編制出的程序可被機(jī)器人記憶并不斷再現(xiàn)，并指導(dǎo)機(jī)器人完成重復(fù)性較高的工作。

工業(yè)機(jī)器人發(fā)展初期，投入生產(chǎn)的機(jī)器人多通過人工導(dǎo)引示教進(jìn)行編程。上世紀(jì)末，使用示教盒示教的方式逐漸興起。

目前，通過示教作業(yè)進(jìn)行編程的機(jī)器人仍占據(jù)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的主流地位，在汽車、消費(fèi)級數(shù)碼3C產(chǎn)品等領(lǐng)域的生產(chǎn)裝配得到了大規(guī)模的應(yīng)用。我國 “七五”和 “八五”期間研制、生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人多屬示教再現(xiàn)型機(jī)器人。

但針對焊縫復(fù)雜、小批量、柔性化生產(chǎn)的工件，示教再現(xiàn)型機(jī)器人應(yīng)用效率較低。車體焊接過程中，焊接機(jī)器人針對單個(gè)工件的示教作業(yè)需數(shù)月時(shí)間，而施焊過程僅需十余小時(shí)。

★因此，施焊與編程同步進(jìn)行、幾乎不存在停機(jī)等待時(shí)間的離線編程逐漸成為興起。

離線編程模式中，操作者讀取到目標(biāo)焊件三維模型后，在相應(yīng)的軟件環(huán)境下通過離線編程軟件遠(yuǎn)程編輯、修改機(jī)器人運(yùn)行軌跡，軟件編譯模型和指令生成機(jī)器人作業(yè)代碼，控制機(jī)器人依設(shè)定軌跡運(yùn)行。

另外，部分軟件中帶有仿真模塊，通過工件模型、生產(chǎn)設(shè)備模型及廠房設(shè)施模型針對機(jī)器人的運(yùn)行軌跡進(jìn)行仿真模擬，在焊接作業(yè)下發(fā)前確認(rèn)焊接路徑的合理性，可避免造成設(shè)備及焊件損壞。

相較于傳統(tǒng)的示教編程而言，離線編程作業(yè)程序在目標(biāo)焊件運(yùn)送至產(chǎn)線前完成編制，編程工作不占用焊接機(jī)器人工作時(shí)間，在上一焊件施焊完畢前完成下一焊件程序的編制，時(shí)間上完成銜接，極大程度提高了小批量、柔性生產(chǎn)流程中的作業(yè)效率。

但是，盡管不占用機(jī)器人工作時(shí)間，但對于較為復(fù)雜的焊件而言，離線編程中焊縫路徑建立、軌跡和工藝規(guī)劃仍非常繁瑣。

圖2

典型離線編程的關(guān)鍵步驟

隨著各種測量、傳感技術(shù)日益成熟，人工智能、圖像識別等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，關(guān)于機(jī)器人的自主編程技術(shù)的思考也在逐年增加。

人們希望通過視覺、超聲等傳感器及工業(yè)相機(jī)獲取現(xiàn)場目標(biāo)焊件及周圍環(huán)境信息，達(dá)到自動(dòng)識別工件外形尺寸、類型，通過圖像處理算法提取工件數(shù)模，并通過特征點(diǎn)自動(dòng)識別目標(biāo)焊縫位置、自動(dòng)規(guī)劃機(jī)器人焊接路徑、自動(dòng)生成工藝特征等參數(shù)，最終自動(dòng)生成帶機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位姿的焊接作業(yè)程序的程度。

程序無需依賴使用者的經(jīng)驗(yàn)，而是通過讀取焊接工藝專家數(shù)據(jù)庫來匹配對應(yīng)工藝需求，進(jìn)而通過需求及參數(shù)匹配對應(yīng)焊接工藝，并根據(jù)工藝信息自適應(yīng)生成機(jī)器人焊接程序，下發(fā)至機(jī)器人執(zhí)行。

該方式不僅無需停機(jī)操作，且無需操作人員干預(yù)，適合在自動(dòng)化程度需求較高工業(yè)環(huán)境下，針對復(fù)雜焊件做到真正的“無人化”、“自動(dòng)化”生產(chǎn)。

目前，自主編程方式已逐步應(yīng)用于焊縫規(guī)律的簡單結(jié)構(gòu)件，還無法完全保證復(fù)雜結(jié)構(gòu)的無人化投產(chǎn)。

END

關(guān)注公眾號

點(diǎn)分享

點(diǎn)收藏

關(guān)鍵詞： 焊接機(jī)器人軟硬件發(fā)展歷程