第一台Unimate型机器人在美国问世至今已经有四十五年了，这四十五年间机器人技术以惊人的速度发展，机器人已应用于各行各业，主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂等复杂作业。早期的焊接机器人缺乏“柔性”，必须根据实际作业的条件预先设置焊接路径和焊接参数，存在很大的局限性^[1]。随着人工智能技术、计算机控制技术和网络控制技术的发展，焊接机器人也由单一的单机示教再现型向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工系统方向发展。现阶段机器人主要有两种应用方式，一是机器人工作单元，二是机器人的生产线即机器人工作站，而后者在国外已经成为机器人的主要应用方式^[2-3]。

常见的焊接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，主要分为点焊工作站和弧焊工作站^[4-5]。

目前，国外比较著名的焊接机器人公司有日本的Motoman、德国的KUKA这些公司已经成为了所在地区的支柱性企业，而日本装备机器人五十万台以上，占据世界装备机器人总量的一半，成为名副其实的“机器人王国”，其中丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其国内外所有的焊接机器人，这种技术不仅焊接质量高，还有望代替某些弧焊作业。反观国内，焊接机器人事业起步较晚，装备有焊接机械手仅千台，近两年，每年新应用的机器人也只有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焊接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。

国内对焊接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]。李芳等设计的汽车纵梁点焊机器人工作站由点焊机器人本体及机 器人控制柜、点焊、钳点焊控制器、电极修磨机、操作箱和相关电缆、气水管路等构成，其中焊接机器人一共有六个关节，控制六个自由度^[7]。

箱型结构的焊接一般用到移动式现场焊接机器人，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焊接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]。

在国外Lope,T. C和 Sikora,C. G. S.等根据巴西里蒂巴教区的一个真实的汽车厂研究了机器人点焊的平衡问题，采用整数线性规划技术建立模型来平衡42台机器焊接700多焊点以提高效率^[11]。 Kahan,T和Bukchin,Y等争对机器人故障情况开发了一个焊接重新分配策略并确保对吞吐量影响最小^[12]。Liu Y. and Zhang Y提出ANFIS模型来模拟人的内在非线性和时变特征用于研究人体机器人协同控制中人体手臂运动的精确控制焊工回应并提出了一种基于模型的预测控制算法和解析方法^[13]。

Michalos, G提出了一种包括移动设备在内的装配系统的设计和操作方法机器人，它基于表示机器人/资源技能以及操作的语义模型，该方法可以在系统中实现将操作分配给适当的机器人资源，还可以生成无碰撞路径装配系统机器人借助仿真^[14]。Carlson, J.S.等提出了一种新的质量方法和基于系统搜索算法的吞吐量优化来优化机器人与焊接之间焊缝的分布序列以提高产品尺寸质量和产量^[15]。

毫无疑问，在汽车工业生产中大规模使用焊接机器人工作有很大的优势。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。为了提高产品质量和生产成本，需要应用焊接机器人工作站对汽车部件进行焊接。然而焊接机器人工作站依然存在缺陷，目前国内焊接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，所以国内焊接机器人工作站的应用较少^[5]。国内的焊接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，设计出适合企业实际生产的焊接机器人工作站，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。