汽车车身焊接机器人 - 毕业论文 - 罗玄海 - 图文(3)

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第一章 绪论

1.1 工业机器人的研究背景与意义

工.业.机.器人由机身、驱.动.系统和控.制系统三个基本.部分组成，是一.台能够按照编.写的程.序进.行自主动作、多.轴转动.的机.械.设备，是面.向工业..领域的多.关.节机械手或多.自由.度的机.器人。工业.机器人.是自动.执行工.作的机器.装置，是靠.自身动力和控制.能力来实现各.种功.能的一种机.器。它可以接受.人.类指.挥，也可以.按照.预.先编排的程序运行，现代.的工.业机器.人还可以根..据人工智.能.技术制.定的原则纲领行动。

工业.机器人由主体、驱动系.统和控.制系统.三个.基本部分组成。主体..即机座和执行机构，包括.臂部、腕部和.手部，有的机器人还..有行走机构。大多数..工业.机器人有3～6个运.动.自由.度，其中腕.部通常有1～3个运.动自.由度；驱动.系.统包.括动.力装置和.传.动机构，用以使执行.机构.产.生相.应的动作；控制系.统是.按.照输入的程.序对驱动.系统和.执行机.构发出指.令.和信号，并进行.控制。

工业.机器人.按.臂部的运动形.式分为四种。直角.坐标型的臂..部可沿三个.直角坐标移动；圆柱坐.标.型的臂部可.作升降、回转和伸缩动作；球坐标.型的.臂部能.回转、俯仰.和伸缩；关节型.的臂部.有多个.转动关节。

工业机.器人按执.行机构运动的.控制机能，又可分.点位.型和连续.轨迹型。点位型只控.制.执行机构由一点到另..一点的准确定位，适用于.机.床上下料、点.焊和一般搬运、装卸等作业；连续.轨迹型可控制.执行机构按.给定.轨迹运动，适用于连..续焊接和涂装.等作业。

工业机器.人按.程序输.入方式区.分有编程输.入型和.示教输.入型.两类。编.程输入型是.将计算.机上已编好的作业.程序文件，通过.RS232串口或.者.以太网等通.信方式传送.到机.器人控制柜。

示教.输入.型的示教方法.有两种：一种是由.操.作者用手动控.制.器(示教操纵盒)，将指令.信号.传给驱动系统，使执行.机构.按要求的动.作顺序和.运动轨迹.操演一遍；另一.种是由操.作者直接领动.执行机构，按要求的.动作顺序.和运动轨.迹操演一遍。在示教过.程的同时，工作程序的.信息.即自动.存入程序存.储器.中在机.器人.自动工作

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时，控制系.统从程.序存.储器中.检出相应信息，将指.令信号.传给.驱动机构，使执行机构再现..示教的各.种动作。示教输.入程序的.工业机.器人称为示教..再现型工.业机器人。

具有触觉、力觉或.简单的视.觉的工.业机器人，能在较.为复杂.的环境.下工作；如具有识别.功能.或更进一.步增加自.适应、自学习.功能，即成为.智能型..工业机器人。它能按照.人给的“宏指令”自选或自.编.程序去适应环境，并自动.完成更.为复杂的工作。

按臂部的.运动.形式分为4种直.角坐标型的.臂部可沿3个直.角坐标.移动圆.柱坐标型的臂.部可作升降、回转伸缩.动作球坐.标型的臂.部能回转、俯仰和.伸缩关节型的臂.部有多.个转动关节。按执行运.动的控制机能，又可分.点位型.和连续.轨迹型。

当配备.了刀具、工具、夹具就能.执行操作和.加工制.造任务。工业机.器人主要能在工业生.产中代替人做单调、频繁和.长时间的.作业或是恶.劣环境.下的.作业。工业机.器人是.汽车生产中主.要的自动.化设备在整车和.零部.件生产中.的弧焊、点焊、喷涂、搬运等.工艺操作.方面有大.量的应用。

随着我.国国民经.济整体实.力持续增加，许多企业.已有经济.实.力使用高.水平的生产.设备.和机器人。国内企业.使用机器人.主要基于.以下两个.方面原因。第.一是劳动力因素.和成本.的变化。随着我国经济.持续.增强劳动.力由供大于.求.向供求平衡发展工人对.薪资和.工作.条件提出.更高要求，用企业提.高技术.密集度以减.少劳.动力成本和劳动.力风险。第二提高产.品质量.的需求。采用机.器人能进.一步提.高产品.质量从而.提升企.业.的竞争力。

1.2 工业机器人在国内外的发展与现状

1.2.1国内发展与现状

我国工.业机器.人起步.于70年代.初期，经过20多.年的发展，大致经.历了3个阶段：70年.代的萌芽期，80年代.的开发期和.90年代的.适用化期。

进入80.年代后，在高技术浪.潮的冲击下，随着改.革开放的不.断深入，我国机器人技.术的开发与研究得.到了政府的重.视与支持。“七五”期间，国家.投入资金，对工业机器.人及其零部件.进行攻关，完成了示教.再现式工业机器.人成套技术的开

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发，研制.出了喷涂、点焊、弧焊和.搬运机器人。1986年国家.高技术研究发.展计划（863计划）开始.实施，智能机器.人主题跟踪世界机器人.技术的前沿，经过几年的研究，取得.了一大批科研成果，成功地研.制出了一批.特种机器人。

从90年代.初期起，我国的国民.经济进入实现两.个根本转变时期，掀.起了新一轮的经济.体制改革和技术.进步热潮，我国的工业机.器人又在实践中.迈进一大步，先后研制.出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等.各种用途.的工业机器人，并实施了一.批机器人.应用工程，形成了一批.机器人产业化.基地，为我国机器.人产业的腾.飞奠定了基础。

虽然中国.的工业机器人产.业在不断的进步中，但和国际.同行相比，差距.依旧明显。从市场占.有率来说，更无法.相提并论。工业机器人.很多核心技术，当前我们尚未掌握，这是影响我国.机器人产业发展的一.个重要瓶颈。

随着人口红.利的逐渐下降，企业用工成.本不断上涨，工业机器.人正逐步走进公众.的视野。中国产业洞.察网分析师.李强认为，人口红利的.持续消退，给机器人产业带来.了重大的发展机遇；在国家政策.支持下，产业有望迎来.爆发期。

事实上，中国的制造.业正在迅速进入机器.人时代。如，往年春.季是全球最大的代工厂富.士康科技集团的招工旺季，各厂区排长龙.应聘的场面往往异常火爆。但在今年，富士.康新员工招聘情况却变得非常冷清。业界猜测，这主.要与富士康大规模启用工业机器人有关。

富士康掌.门郭台铭在2011年宣布，未来三.年内将在组装工厂生产.线上累计部署100万台工业.机器人，取代现在简单重复的人力劳动。虽然计划略.显夸张，但也表明在人力成.本上升的大背景下，工业机器人前景诱人。这也预.示着这一现象很快会在.其他制造业领.域出现。

1.2.2国外发展与现状

90 年代末，工业机器人应.用领域由制.造业扩展.到非制造业，同时在原制.造业也在不断.深入渗透，开辟了不.少新用途。国外机.器人专家预测，工业.机器人每5年推出一批新机型，开辟一些新..应用领域。原应.用领域的扩.展深化，如用多台弧焊机器人.焊汽车、机械大部件（15t、5m 以上）、车.身及薄板（0. 7 ~ 1. 2mm），电机壳的多.层焊，窄空间线.圈盒的焊接；电子.基板喷涂.防湿绝.热剂，大型净.化槽喷

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涂、搬.运生产线（15t、5m）；异形.件的内、外.加工，机翼铆.接，软物.料分检等，即向大、异、占11. 7%）。发达国.家汽车.行业机器人.应用占总保有.量百分比为23. 4% ~ 53%，而年产.每万辆.汽车所.拥有的机.器人数为（包括整车和零部件）：日.本88. 0 台，德.国64. 0台，法.国32. 2 台，英.国26. 9 台，美.国33. 8 台，意大.利48. 0 台。在世界.各大汽车整.车生产厂，年产每万.辆汽车所.拥有的.机器.人数为数台至20. 台不等，但许多.厂仍在发展，尤其是1998 - 1999 年几笔大.订货都是几.百台机器人。从总的.发展趋势看，整车厂.欲达到机器.人化生产的.一般水平，起码在10 台机器人/ 年产万辆.汽车以上。加上汽.车零部件和配件，年产万.辆车最少应拥有30 台.以上机器人。对国外100 多个汽车厂家.应用机器人的案例.进行分析、综合统.计出，应用机器.人的工艺.部位有：车.身、车.窗、车.架、底.板、端.板、保.险杠、车轴.组件、驱动.装置、隔..热器、散.热器、车.轮、车.门、座.椅、行.李箱、顶衬、地毯、油.箱、制动.器、电池..组、车灯、挡泥板、保护罩、仪表、踏板组件、变速箱、千斤.顶、总.装等。所用的.机器人.有点焊、弧焊、其它.焊、喷.涂、搬.运、上下料、切割、装配、检测、清理.精整等。随着机器.人应用的深.化和渗透，工业机器.人.在汽车行业.中.还在不断开.辟着新用途。

1.3 焊接机器人在汽车工程技术领域的应用

焊接是.制造业中一项繁重.的且对理人.健康影响.较大的作业之一，是日.前工业机器人应.用最多的行业.工业机器人是典型.的机电一体化.高科技产品，它对.于提高生产自动.化水平、劳动生产率和经济效益、保证产品.质量、改善.劳动条件等力面的作用.日益显着。

工业机器人代替人力.劳动是必然的发.展，工业机器人应.用领域广泛，在.大多数国家，焊接仍是.机器人的.主要应用领域，特别是.主要的汽车.生产国。机器.人能在悲劣.环境下.连续工作，并具有.工作灵活、工作精度.高等特点，足以保证.产品的加理质量、提高生.产效率、减轻操作.人员劳.动强度，因此.焊接机器人被广.泛应用于汽车焊接.生产线，占现装.备机器人总数.的至少50%。

日本早在70年.代就已将点焊机器人.引进生产线，而弧焊.机器人由于其复.杂性，在生产的应用要.比前者晚一些但到.80年代，日本弧焊机.器人的使用.开始有了显着增加随.着我国汽车制.造业的发展，各种工业.机器人在汽车生.产线上.大显神

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威，它们使.现代的汽车.工业实现.了自动化。

焊接机器.人在汽车制造中.的应用明.显增加，汽车.生产中，已.普遍采用了.弧焊焊.接机器人、点焊.机器人和机器人.自动生产线。利用.焊接机器人生产.线对汽车驾驶室的自动.焊接已在世.界多家汽车.制造厂得到应.用并取.得显着效益。一汽.建成了包括21台焊接.机器人及其.工作站周边.设备在内.的三条机器.人焊装线，经.改造后的汽车焊装.线生产能力.提高50%大大提高了.一汽集团焊装.工艺的装.备水平，提高了生.产质量和产量，减轻.了劳动强度。上海通.用汽车有限公司(SGM)的车身.总拼火具系统配备.的七台自动.焊接机器人承担了多达180多个焊点的焊接.任务。东风汽车系列驾驶.室及车身中也都选用.了点焊机器人，提高了.产品的市场.竞争力。松辽汽车.股份有限公.司载年产5万辆中型面包.车的底板及车体焊.接中分别采用了4台和2台.焊接点焊机器人夏.利汽车、金.杯公司通用汽车厂、金杯.客.车有限公司等工程中点焊机.器人都得到了小同.程度的应用。哈尔滨轻型.汽车厂项日.中采用了弧焊机器人。天津一.汽丰田汽车有限公司.第一理厂中有补.焊用焊接机.器人16台。吉利路桥.生产基地中ABB焊接机.器人应用了8台。芜湖奇瑞汽车.有限公.司三理厂、天津一汽.丰田汽车有限公司第.二理厂中分别大量使.用了焊接机器人。数量多达60多台。此外，焊接机器.人还应用于汽配行业.上海汇众汽车制.造公司为桑塔纳.和别克轿车转台和.减震器配置了12台.弧焊机器人。长春塔奥.金环汽车制品.有限公司配置了弧.焊机器人工作站.一台焊接奥迪c5v6车后轴焊接.总成还有沈.阳金杯汽车座椅厂、上海交运股份.有限公司升降座.椅焊接生产线等。

焊接机器人的主要优点如下：

1) 易于实现焊接产品质量的稳定和提高，保证其均一性； 2) 提高生产率，一天可 24h 连续生产；

3) 改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作： 4) 降低对工人操作技术难度的要求；

5) 缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资； 6) 可实现小批量产品焊接自动化； 7) 为焊接柔性生产线提供技术基础。

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