根据对产品的适应能力，焊接自动化系统可以分为： “刚性”自动化系统，也称专机，主要针对大批量定型 产品，特点为成本低、效率高，但适应的产品单一。一 旦产品换型，生产线就要更换。
“柔性”自动化系统，主要指通过编程可改变操作的机
器，产品换型时，只需通过改变相应程序，便可适应新 产品。机器人属于典型的具有柔性的设备。 随着市场经济的快速发展，企业的产品从单一品种大批量 生产变为多品种小批量，要求生产线具有更大的柔性。所以
“焊缝跟踪单元”的功能是在机器人导引到初始焊接位置并开始 焊接后，利用焊缝识别摄像机CCD1在工作空间内实时拍摄焊缝 的图像，通过计算机图像处理，提取焊缝形状和方向特征，并 根据焊缝位置确定焊枪下一步纠偏运动方向和位移的量，并将 这些信息上报中央控制计算机，通过中央控制计算机和机器人 控制器来驱动机器人焊枪端点，以跟踪焊缝走向和位置纠偏。 “熔透控制单元”的功能是利用熔池监视摄像机CCD2获取机器 人运动后的半部熔池变化图像，通过计算机图像处理，提取熔 池形状特征。通过中央控制计算机结合相应的工艺参数和预先 建立的焊接熔池动态过程模型预测熔深、熔宽、余高和熔透等 参数，调用合适的控制策略，给出适当的焊接参数调整以及机 器人运动速度、姿态和送丝速度的调节变化，通过焊接电源和 机器人执行，实现对焊缝熔透和成形的控制。
图4-50 CAN总线的焊接机器人的总体设计框图
（3） 弧焊机器人在生产中具有以下作用：
（1）稳定和提高焊接质量，保证其均一性。采用机器人焊接 时可以保证每条焊缝的焊接参数稳定不变，使焊缝质量受人的 因素影响降低到最小，因此焊接质量很稳定。 （2）提高焊接生产率。对于弧焊机器人生产线来说，它由一 台调度计算机控制，只要白天装配好足够的焊件，并放到存放 工位，夜间就可以实现无人或少人生产。 （3）改善劳动条件。电弧焊时，存在弧光、烟尘、飞溅、热 辐射等不利于操作者身体健康的因素，而使用弧焊机器人以后， 可以使焊接操作者远离上述不利因素。 （4）可用在核能设备、空间站建设、深水焊接等极限条件下， 完成人工难以进行的焊接作业。 （5）为建立柔性焊接生产线提供技术基础。
1954年，美国人G.Devol 和J.Engleberger设计了一台
可编程的机器人
1961年，他们生产了世界上第一台工业机器人 “Unimates”，并获得了专利
1962年，Engleberger 成立了Unimation公司，他被称
为“机器人之父” 日本从上世纪70年代中后期开始开发工业机器人，15年 后就成为产量最多、应用最广的世界工业机器人“王国 ”。
焊接机器人应用中最普通的主要有两种，弧焊机器人和 点焊机器人。分别能进行电弧焊自动操作和电焊自动操作。 弧焊机器人从60年代诞生到现在可分为三代: 第一代:示教在线型 第二代:基于一定传感信息的离线编程
第三代:智能机器人
与点焊机器人相比，弧焊机器人有以下特点：
（1）点焊机器人受控运动方式是点位控制型，只在目标点 上完成操作；而弧焊机器人受控运动方式是连续轨迹控制型， 即机械手总成终端按预期的轨迹和速度运动。 （2）由于弧焊过程比点焊过程复杂得多，要求机器人终端 的运动轨迹的重复精度、焊枪的姿态、焊接参数都要有更精 确的控制。 （3）弧焊机器人经常工作在焊缝短而多的情况，需要频繁 地引弧和收弧，因此要求机器人具有可靠的引弧和收弧功能。 对于空间焊缝，为了确保焊接质量，还需要机器人能实时调 整焊接参数。 （4）电弧焊时容易发生粘丝、断丝等故障，如不及时采取 措施，将会损坏机器人或报废废工件，因此要求机器人必须 具有及时检出故障并实时自动停车、报警等功能。
图4-52 示教再现原理
• 经过示教后，将图4-52的转换开关A拨到“再现”位置。 启动后，控制计算机将从内存中依次读出各运动轴的位置 信号，并经过路径生成处理器7与实际位置信号比较后输 出，就可通过伺服放大器9至伺服电动机10控制各运动轴。 如此一步一步地再现示教工作，即可完成整个焊接工作。 • 示教再现型弧焊机器人由于焊接路径和焊接参数是根据实 际作业条件预先设置的，焊接时缺少外部信息传感和适时 调整功能，使得机器人不能适应焊接环境和焊接过程的变 化，因此出现了智能型弧焊机器人，智能型弧焊机器人是 装有多种传感器，接收作业指令后能根据客观环境自行编 程的具有高度适应能力的高级弧焊机器人。
图4-53 智能型弧焊机器人主要的硬件构成
(2) 智能型弧焊机器人的工作过程 • 在开始焊接之前，通过视觉传感器观察并识别焊接环境、 条件，提取焊件的形状、结构、等信息。然后根据环境和 焊件接缝信息，利用知识库单元和系统仿真单元来选择合 适的焊接工艺参数和控制方法，以及进行必要的机器人焊 接运动路径、焊枪规划与焊接过程仿真。 • 确定焊接任务可实施以后，通过焊缝导引单元，运用安装 在机械手总成末端的视觉传感器在局部范围内搜索机器人 初始焊接位置。确定初始焊接位置后，自主引导机器人焊 枪到达初始焊接位置。 • 焊接开始以后，采用视觉传感器观察熔池的变化，提取熔 池，判断熔池变化状态，采取适当的控制策略，实现对焊 接熔池动态变化的智能控制。同时，利用焊缝跟踪单元直 接通过机器人运动前方的视觉传感器实时识别焊缝间隙特 征，进行机器人运动导引，实现焊缝跟踪。

焊接机器人是应用最广泛的工业机器人，全世界现役的工 业机器人约有一半的工业机器人用于焊接领域，其主要集 中在汽车、摩托车、工程机械等行业，特别是汽车行业是 焊接机器人的最大用户。
焊接机器人突破传统的焊接刚性自动化，开始了一种柔性 自动化的新方式，被认为是具有焊接自动化革命性的进步。

4.8.2 弧焊机器人概述 （1) 弧焊机器人特点
4.8.4. 智能型弧焊机器人的组成
(1)智能型弧焊机器人系统主要的硬件构成 硬件构成图4-53 “系统仿真单元”有两个功能：一个事 机器人运动控制仿真，负责机器人运动模型的创建、焊接过 程仿真、焊接路径规划等；另一个是焊接动态过程仿真，负 责焊接参数与焊缝成形的动态过程仿真。 “知识库单元”是焊接机器人专家系统，负责焊接工艺的 制定和选择、焊接顺序的规划等。 “焊缝导引单元”的功能是利用焊缝识别摄像机CCD1拍 摄焊件的图像，通过计算机图像处理和立体匹配，提取焊缝 的初始点在三维空间内的坐标，上传到中央控制计算机，由 中央控制计算机和机器人控制器来控制焊枪到达初始焊位， 准备焊接。
c 弧焊机器人CAN总线控制网络
1）CAN总线特点 CAN总线协议是一种新型的串行总线协议，现在已经 被越来越多地应用在弧焊机器人的控制中。CAN总线是一 种多主站总线，通信介质可以是多绞线、同轴电缆或光导 纤维。CAN网络与一般网络的区别在于，它是一种专门用 于工业自动化的网络，其物理特性及网络协议特性更强调 工业自动化的低层检测及控制。 CAN协议的一个最大特点是可以对通信数据块进行编 码，使不同的结点同时接受到相同的数据，这一点在分布 式控制系统中是非常有用的。CAN协议采用CRC检验并提供 了相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。
焊接机器人在生产中的应用越来越广泛，机器人焊接已成为
焊接自动化的发展趋势。
采用机器人焊接，具有如下优点：
易于实现焊接产品质量的稳定和提高，保证其均一性；
提高生产率，一天可24小时连续生产，机器人不会疲倦；
改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作； 降低对工人操作技术难度的要求； 缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资； 可实现小批量产品焊接自动化； 可作为数字化制造的一个环节。
主要机器人厂家 日本：Motoman、OTC、Panasonic、FANUC等 美国：Adept等 欧洲：奥地利IGM、德国CLOOS、KUKA、瑞典ABB 韩国：HYUNDAI 沈阳新松
FANUC
华宇I型弧焊机器人
弧焊机器人
点焊机器人
伐根机器人
摘果机器人
擦玻璃机器人
无人潜水器
排爆机器人
4.8 弧焊机器人
4.8.1. 焊接ห้องสมุดไป่ตู้器人概述
机器人的定义： 美国机器人学会（The Robot Institute of America ， 1979) : 一个可再编程的多功能操作器，用来移动材料、 零部件、工具等；或一个通过编程用于完成各种任务的专 用设备。
国际标准化组织（ISO），1987： 工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能， 能完成各种作业的可编程操作机。
图4-51 示教再现型弧焊机器人的构成
(2) 示教再现型弧焊机器人的工作过程
• 示教再现型弧焊机器人的显著特征是焊接前先示教，图452是示教原理图。 • 虚线框内位控制器中的控制计算机，它的任务是规划和管 理。示教前，把图中的转换开关A拨到“示教”位置，示 教盒上的各种按钮可单独控制机器人各运动轴的动作，并 能设定所需要的焊接参数。例如，当按动“臂架上摆”或 “臂架下摆”按钮并给出相应摆角位置时，其指示信号经 转换处理器4、5转换为臂架伺服驱动坐标信号，与码盘11 信号比较后，经转换处理器8、伺服放大器9成为伺服电动 机10的驱动信号。当按动编程按钮B时，内存6将记忆其位 置信息。如此依次进行，即可完成全部示教。
图4-48 弧焊机器人用两轴数控焊接变位机的硬件结构图
② 弧焊机器人的焊接系统
a、焊接电源 我国常用晶闸管式弧焊整流器或晶体管式电源。 b、弧焊机器人焊缝跟踪传感器 焊接条件的变化要求弧焊机器人能实时检测出焊缝的偏 差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。 弧焊机器人焊缝跟踪系统的结构一般包括传感器、PC处 理器、机器人专用控制器、机器人本体及焊接设备等。 传感器采集到信号传送到PC，经过一系列的数据处理过 程和图像显示后，PC与机器人专用控制器进行数据通信，然 后将控制信号传送机器人本体，控制焊接过程的正确运行， 系统框图如图4-49所示。
外科手术机器人
双足仿人机器人
球机器人
早期的焊接自动化程度低，基本是手工操作，产品质量不稳
定，甚至出现某个产品只能由某个人或某几个人完成的情况