1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述：

1.前言

工业机器人的发展已经有了很长一段历史，从第一台Unimate型机器人在美国问世至今已经四十五年了，在这短短的几十年时间内机器人技术的发展速度可以说是十分可观。现阶段，各种类型的机器人已经各行各业大规模应用，这些机器人主要用于进行各种复杂作业比如焊接、装配、搬运等等。早期的机器人必须根据实际作业的条件规划焊接路径和设置焊接参数，存在很大的局限性缺乏“柔性”[1]。随着技术的更新换代，工业机器人逐渐转变为以智能化为核心技术的多传感的柔性加工系统而不再是原始的单机示教型机器人。机器人主要有分为两类对应两种应用方式，一是机器人工作单元，二是机器人的自动化生产流水线即所谓的机器人工作站，而后者在国外已经成为机器人的主要应用方式[2-3]。

常见的工业机器人工作站一般由机器人系统、焊接系统、安全防护系统以及其他辅助设备系统组成。由于焊接方式的不同，工业机器人工作站主要分为点焊工作站和弧焊工作站[4-5]。

2.课题研究的意义

毫无疑问，大规模使用工业机器人工作会给汽车工业生产带来有很大的优势。传统汽车生产制造中焊接件主要依靠手工夹具、手工焊接来完成，这样不仅工作效率低，产品稳定性差，且随着人工成本逐年增长，焊接的成本越来越大，产品难以适应市场。在这种背景下，需要应用工业机器人工作站对汽车部件进行焊接以提高产品质量和降低生产成本。然而工业机器人工作站依然存在很大的局限性，目前国内工业机器人工作站产业依旧不够成熟，大多机器人需要依托国外的先进技术且缺少专业的操作人员，无论式设备成本还是人工成本都比较高，所以国内工业机器人工作站的应用规模不理想[5]。国内的工业机器人在超大型构件、复杂构件的焊接上存在较大的缺陷，如何保证复杂薄壁构件的焊接质量也一直是个难题，如果仅仅只期望于引进国外的先进技术，不仅高昂的成本影响产品竞争力，而且国外的技术未必适合国内的实际生产情况。所以本项目旨在实地考察，设计出适用于企业生产实际的工业机器人工作站，解决生产实际中的焊接难题。

本项目的选题与企业的生产实际联系密切，需要通过实地来考察生产线的情况来辅助工作站的建模，同时借助多个软件进行建模和仿真。研究结果对于提升焊接装备自动化水平具有一定的参考借鉴意义。

3.开发技术分析

本次课题是对工业机器人在汽车零件焊接的应用研究，主要对其在焊接中的模型进行分析描述，其中包括对机器人的选型。本次主要运用的技术有工业机器人技术，PLC控制技术以及工业焊接技术：

（1）工业机器人技术：工作站用到的机器人有多个关节，多个部分组成，在机器人的运动过程中各部分可能存在干涉。检验其尺寸或者各关节的配合运动是否允许它到达工件上每一个需要焊接的位置，如果机器人可以以合理的位姿到达所有需要焊接的位置，则机器人尺寸设计比较合理，可以满足设计要求。

（2）PLC技术控制技术：通过PLC技术来实现机器人的运动，使机器人能达到焊接中的各种位姿，从而完成相对应的焊接任务。

（3）工业焊接技术：金属焊接方法有40多种，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类，根据所汽车零件焊接需要选取相对的焊接方式。

4.国内外研究情况及其发展

国外有许多知名的工业机器人企业比如日本的Motoman、德国的KUKA等公司，这些企业在当地早已成为支柱性企业带动了一方经济，而日本现阶段已经装备在线的机器人数量高达五十万台，几乎占据世界装备机器人总量的半壁江山，所以日本被行内人士称为“机器人王国”。反观国内，由于工业机器人事业的起步相对发达国家晚很多，装备有焊接机械手仅千台，最近两年的两年内，每年新应用的机器人的数量少于150台，国内的发展情况不容乐观。虽然国内生产的桑塔纳、别克等汽车部分零部件的生产已经利用工业机器人替代了传统的冲压焊接，提高了焊接质量，减少了劳动强度。

国内对工业机器人工作站的研究也已经有了相对成熟的研究.上汽通用五菱使用工业机器人焊接商用车门框，并应用了日本FANUC公司为他们研发的Roboguide离线编程软件[5]。李芳等设计一个汽车纵梁点焊机器人工作站，这个机器人工作站由各种控制系统组成，其中工业机器人的各类关节一共有六个，控制六个自由度[7]。

箱型结构的焊接一般用到移动式现场工业机器人，主要分为轨道式和无轨式两类。清华大学研发的箱型钢结构柱或梁工业机器人系统采用立式轨道，轨道与箱型钢结构之间采用磁吸附连接[8-9]。李林贺、杨春宇研究发现以往手工焊接很难保证所焊接的防撞杆组件的定位精度，且焊接效果不一致，生产效率低下，故研制开发了防撞杆焊接工作站来满足车厂日益增加的要求[10]。

5.总结

工业机器人可以很大程度上提高汽车工业生产的效率，并改善产品质量同时还可以降低生产成本，但是工作站的设计尤其是机器人的设计十分的复杂，所以需要进行运动仿真来模拟工作站的工作过程，检查存在的问题并加以改进。

本次研究选择了一条有代表性的焊缝，对这条焊缝的焊接工作过程进行了仿真，通过路径规划模拟了机器人到达焊接位置然后改变运动方向进行焊接工作的过程，仿真结果表明机器人工作过程不存在干涉以及机器人位姿问题。后续利用函数控制，实现了匀速焊接，且焊接速度控制在合理的速度范围之内。

此外，在仿真中添加了引弧动作，使得仿真过程更加的完整有参考意义。

但是最后利用运动学逆解实现更复杂的路径规划仅仅是初步实现，由于之前的路径规划都是利用点驱动来实现的，而实际情况下角关节的旋转驱动会更加实用。本次研究尝试利用运动学逆解来实现两种驱动方式的相互转换，但由于拟合曲线的精度不够等原因误差较大，但是大体上还原了点驱动实现的部分焊接过程。

参考文献

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[2]樊志家与王贺, 机器人焊接工作站在汽车行业中的应用. 中国新技术新产品, 2021(01): 7-8.

[3]李轩与杨楠, 浅谈工业机器人在汽车生产中的应用. 科技展望, 2016(08): 66.

[4]邢红辉等, 基于MATLAB的六自由度工业机器人的运动学仿真与轨迹规划. 机械设计与制造工程, 2022(12): 43-47.

[5]马志, 汽车零部件焊接工作站设计与难点分析. 中国高新区, 2019(12): 121-122+124.

[6]宋琳等, 基于Roboguide的商用车门框机器人焊接的设计与仿真. 汽车零部件, 2023(08): 47-52.

[7]李芳等, 汽车纵梁点焊机器人工作站设计. 电焊机, 2021(07): 7-9.

[8]郭吉昌等, 箱型钢结构工业机器人系统构建及运动学建模. 焊接学报, 2018. 39(08): 32-37+130.

[9]王生栋，机器人焊接工作站的设计与应用.

[10]李林贺,杨春宇.汽车防撞杆焊接工作站研制[J].焊接技术,2019.47(06):64-66.

[11]Lopes, T.C., et al., Balancing a robotic spot welding manufacturing line: An industrial case study. European Journal of Operational Research, 2019. 263(3): p. 1033-1048.

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[14]Michalos, G., et al., Design and simulation of assembly systems with mobile robots. CIRP Annals, 2019. 63(1): p. 181-184.

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[20]周霏,四自由度关节机械臂运动仿真研究, 2015, 南京航空航天大学.第79页.

[21]张凯，6R机器人轨迹规划及其在焊接中的应用.

设计（论文）选题：工业机器人在汽车零件焊接中应用设计

指导教师姓名

职称

类别

学 生 姓 名

学号

设计（论文）类型

应用型

年  级

班级

是否隶属科研项目

否

1. 设计（论文）的主要目标

1. 熟悉汽车零件焊接的生产流程
2. 自主思考并主动查阅资料来提升自身能力
3. 对工业机器人在汽车零件焊接进行了解研究，并弄懂其基本原理
4. 对工业机器人在汽车零件焊接进行建模
5. 将自身所学结合实际融入到本次研究，培养自己的动手能力
6. 对本行业进行了解，为自身今后发展做准备

1. 设计（论文）的主要任务

本次研究选择了一条有代表性的焊缝，对这条焊缝的焊接工作过程进行了仿真，通过路径规划模拟了机器人到达焊接位置然后改变运动方向进行焊接工作的过程，仿真结果表明机器人工作过程不存在干涉以及机器人位姿问题。后续利用函数控制，实现了匀速焊接，且焊接速度控制在合理的速度范围之内。

由于工业机器人工作站有许多不同设备组成，结构复杂，焊接工作需要十分精确的定位，所以单纯的在绘图软件中设计工作站是不够的。利用仿真软件对工作站进行运动仿真对工业机器人工作站的发展有十分重要的意义，不仅可以完善工作站空间上的布局，确保可以准确定位到每一个需要焊接的位置，而且还可以检验运动过程中是否存在干涉以及机器人运动位姿是否会存在问题。对引弧等动作的仿真使仿真过程更加完整，更具参考意义。通过这一系列仿真可以节省许多精力财力，进一步推动工业机器人工作站的建设，研究结果对于提升焊接装备自动化水平具有一定的参考借鉴意义。

1. 设计（论文）的主要内容

（1）工业机器人技术：工作站用到的机器人有多个关节，多个部分组成，在机器人的运动过程中各部分可能存在干涉。检验其尺寸或者各关节的配合运动是否允许它到达工件上每一个需要焊接的位置，如果机器人可以以合理的位姿到达所有需要焊接的位置，则机器人尺寸设计比较合理，可以满足设计要求。

（2）PLC技术控制技术：通过PLC技术来实现机器人的运动，使机器人能达到焊接中的各种位姿，从而完成相对应的焊接任务。

（3）工业焊接技术：金属焊接方法有40多种，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类，根据所汽车零件焊接需要选取相对的焊接方式。