1 焊接機器人系統的應用，主要有以下優點：
自動焊接機器人
1)提高生產效率，降低運營成本；
2)提高產品質量的穩定性及一致性；
3)縮短產品更新換代的準備週期，減少相應的設備投資；
4)降低對一線操作人員技能要求，改善勞動環境；
5)節約人工工資和相關費用，提高生產安全；
6)更加柔性化，不僅大大提升批量化生產的效率，也可實現小批量產品的快速響應；
7)更加信息化，使得生產製造過程中的材料、半成品、成品、各種工藝參數等信息更加容易採集，方便質量控制、質量分析、產品製程追溯，同時產品的成本統計和控制也更加容易；
8)以焊接機器人為基本單元，輔之焊接電源、夾具、傳感、控制等系統集成，使得整個裝備更加自動化、智能化、信息化，更容易實現“工業4.0”的智能製造。
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焊接機器人發展歷史及基本情況2.1 焊接機器人特點和組成
和一般的工業機器人不同，焊接機器人不僅需要滿足焊接工藝的基本動作要求，還要求具有焊接專用軟件和其他應用軟件；弧焊機器人還要求具有整個焊縫軌跡的精度和重複精度、跟蹤功能、適應較為惡劣的工作環境和抗干擾能力。
焊接機器人和多關節工業機器人一樣，由主體、驅動系統、控制系統等部分組成。主體即機座和執行機構；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，並進行控制。
圖2 焊接機器人
2.2 焊接機器人發展歷程
世界上首臺焊接機器人是1974年日本川崎公司以美國Unimate為基礎開發出的弧焊機器人，用於摩托車車架製造。我國弧焊機器人的研究起步於上世紀80年代初，1984年由哈爾濱工業大學研發出國內首臺焊接機器人。此後，焊接機器人的應用和技術發展經歷了三個階段。
第一代是示教再現型機器人：這類機器人操作簡單，不具備外部信息的反饋能力，難以適應工作環境的變化，在現代化工業生產中的應用受到很大限制。
第二代是具有感知能力的機器人：這類機器人對外界環境有一定的感知能力，具備如聽覺、視覺、觸覺等功能，工作時藉助傳感器獲得信息，靈活調整工作狀態，保證在適應環境的情況下完成工作。
第三代是智能機器人：這類機器人不但具備感覺能力，而且具有獨立判斷、行動、記憶、推理和決策的能力，能適應外部對象、環境協調地工作，能完成更加複雜的動作，還具備故障自我診斷及自我修復能力。
圖3 焊接機器人發展歷程
早期的焊接機器人缺乏“柔性”，焊接路徑和焊接參數須根據實際作業條件預先設置，工作時存在明顯的缺點。隨著計算機控制技術、人工智能技術以及網絡控制技術的發展，焊接機器人也由單一的單機示教再現型向以智能化為核心的多傳感、智能化的柔性加工單元（系統）方向發展。
2.3 焊接機器人應用情況及前景
近 5 年國內機器人市場一直保持高速增長，未來行業仍將保持 20%以上的增速。我國連續數年成為全球第一大工業機器人應用市場， 2016 年中國工業機器人全年累計銷售 88992 臺，同比增長 26.6%（2016 年全球市場機器人銷量 29.4 萬臺） 。在應用行業上， 2017 年汽車產業使用的機器人數量佔比依然最高達 33%， 在 3C製造業用量佔比第二達 28%，但增長最快（同比增長 86%） 。在下游需求推動下， 2017 年我國工業機器人累計產量 13.1 萬臺，同比增長 68%。我們認為當前我國生產製造智能化改造升級的需求日益凸顯，同時伴隨著下游 3C 製造業、 以汽車零部件及配件製造、汽車整車製造為代表的汽車製造業等工業領域回暖，工業機器人需求量不斷增加， 企業產量持續擴張。 在政策、成本、技術等推動下， 未來機器換人的熱潮在相當長的時間不會衰減，焊接、打磨、噴塗等枯燥、工作環境十分惡劣等工業領域將持續保持較高的增長需求。2017 年中國工業機器人年銷量預計為 11.5萬臺， 2018-2020 年複合年均增長率為 22%，至 2020 年將達到 21 萬臺/年，如果每臺機器人按 18 萬人民幣計算， 2020 年市場規模將可達到 378 億元。
圖4 2011-2020 年中國工業機器人銷量及預測
圖5 2017 年我國工業機器產量 13.1 萬臺，增速 68%
3 焊接機器人系統集成基本情況
3.1 焊接機器人系統集成特點
焊接機器人是集焊接工藝、機械設計、識別和傳感技術、自動控制、信息採集和處理、人工智能等多學科而形成的高新應用技術，主要是為了解決工業製造中以焊接工藝為主的自動化裝備。焊接機器人系統除了具有滿足焊接需求、可以實現半自動化或自動化、信息化和智能化、焊接質量控制和檢測等基本需求外，根據用戶實際應用需求，系統還輔助上下游工序實現生產自動化和智能化。
3.2 焊接機器人系統集成基本組成
除焊接機器人本體以外，焊接機器人系統的構成有：焊接電源、變位機、焊接夾具、輔助上下料和物流系統、焊縫識別跟蹤裝置、焊接質量控制和檢測、信息採集和傳輸系統、綜合控制及部分輔助裝置（如弧焊的清槍剪絲機構、安全圍欄和環保裝置）等。
圖6 焊接機器人系統集成基本組成
3.3 我國焊接機器人的主要應用
我國焊接機器人系統集成的較大規模應用是從汽車裝備生產線的電阻點焊和薄板弧焊開始。1984年，一汽公司率先引進德國KUKA焊接機器人用於當時的“紅旗牌”車身焊接和“解放牌”車頭頂蓋焊接，並於1988年開發出整個車身機器人焊裝自動生產線。上世紀90年代初，隨著上海大眾和一汽大眾等合資汽車廠的誕生，通過引進、消化、二次開發等手段，我國焊接機器人系統集成能力和行業市場的應用能力大大提高。當時，除了少數幾家大型國有企業引進消化國外機器人應用以外，我國較早涉足焊接機器人應用的大學和科研單位有哈爾濱工業大學、清華大學、北京密雲機床所、瀋陽自動化所等，值得一提的是北京精藝公司（現中電華強）也是我國最早從事焊接機器人系統集成的先驅者。
經過二十幾年的發展，焊接機器人目前不僅僅在我國汽車製造領域，其他如在摩托車、工程機械、鋼結構、核電風電、航空航天、船舶海工、軌道交通、國防軍工、家用電器、民用五金等行業都有廣泛的應用。從區域市場來看，我國的焊接機器人系統主要集中應用在珠三角和長三角總體工業比較發達的區域。
圖7 焊接機器人在國內的主要應用
3.4 焊接機器人系統集成應用技術現狀
目前，簡單的焊接機器人系統集成單元相對比較成熟，應用案例也非常多，整線系統集成技術在汽車製造業車身點焊中也有廣泛的應用。
從技術角度看，焊接機器人的系統集成，不僅是焊接機器人本體，還需要焊接電源、焊縫跟蹤系統、整線控制技術等各個功能單元都能滿足日益發展的客戶需求。弧焊機器人系統集成主要在焊接路徑規劃和自適應跟蹤技術、專用數字化焊接電源技術及焊接參數自調節技術（專家系統）、離線編程及遙控技術、多機器人協調控制技術、機器人控制系統和外部軸適應技術、自動化焊接過程的信息採集技術等方面都有較快的發展和應用。
圖8 技術應用現狀
3.5 焊接機器人應用工藝方法
在機器人廠商和機器人系統集成商的共同努力下，目前機器人可以應用點焊、弧焊、激光焊、多工藝複合焊接、攪拌摩擦焊、等離子和激光切割、釺焊等多種焊接工藝方法，其中點焊和弧焊應用較多（總佔比近90%，點焊佔比40%左右）。
3.6 焊接機器人系統集成行業情況
隨著機器人產業的火熱，目前我國大大小小焊接機器人系統集成商達300-400家，總體銷售額成幾何級增長。2015年總體銷售額約100億元，其中體量較大的是以點焊機器人為主的汽車製造行業系統集成商，除COMAU、KUKA、ABB等國外公司以外，國內企業體量較大的有成都瑪瑞、廣州明珞、宜興東方等公司；弧焊機器人系統集成商體量較大的除國外CLOOS、IGM公司以外，國內的企業有唐山開元、廈門司爾特、崑山華恆、珠海瑞凌等公司。但國內80%以上的焊接機器人系統集成商規模很小，缺乏技能人才，綜合技術水平和總體解決方案和服務能力都很弱，市場競爭力差，年銷售額不超過千萬元 ，維繫慘淡經營狀態。
4 焊接機器人系統集成發展趨勢
4.1 總體市場需求預測
當前焊接機器人的應用迎來了難得的發展機遇，一方面，隨著技術的發展，焊接機器人的價格不斷降低，性能不斷提升；另一方面勞動力成本不斷上升，我國正在由製造大國向製造強國邁進，需要提升加工手段，提高產品質量和增強企業競爭力，這一切預示著焊接機器人應用及發展前景空間巨大。
國家工信部預計，2015年至2025年期間，中國工業機器人年銷量複合增長率將達到35%，10年間機器人本體市場規模近千億元，加上系統集成及配件維修市場,累計近3500億元左右。機器人焊接產業應用市場按佔比30%計算，十年後年可達千億市場體量。
4.2 焊接機器人系統集成應用市場發展趨勢
從工業製造對焊接需求的發展角度來看，焊接機器人系統集成應用市場的趨勢主要有：
1）中厚板的高效高焊縫性能和薄板高速焊接；
2）數量小的大構件機器人自動焊接（如海洋工程和造船行業）；
3）高強鋼、超高強鋼、複合材料、特種材料的焊接；
4）更加穩定的焊接質量及其焊接監控、檢測，焊接參數的記錄和再現；
5）多加工工序聯動的生產線，使得工業製造更加自動化、智能化、信息化。
4.3 焊接機器人系統集成應用技術發展趨勢
1）焊接電源的工藝性能進一步提高、適應性更廣，更加數字化、智能化；
2）焊接機器人本體更加智能化；
3）視覺、力覺、觸覺、信息採集等各種智能傳感技術開發應用；
4）更強大的自適應軟件支持系統；
5）焊接與上下游加工工序的融合和總線控制；
6）焊接信息化及智能化與互聯網融合，最終達到無人化智能工廠；
7）虛擬製造和仿真技術發展。
圖9 技術發展趨勢
總之，先進的高效率、自動化、柔性化、智能化的系統是焊接機器人系統集成的重要發展趨勢，焊接機器人系統集成正經歷著由單機示教再現型向多傳感、智能化的柔性機器人工作站或多機器人工作群甚至整廠生產流水線方向發展。
5 焊接機器人系統集成存在問題及思考
5.1 總體市場狀況
目前焊接機器人總體市場需求的形勢是低端市場競爭激烈，高端市場跟不上客戶需求，大多數系統集成商還不具備形成成熟完善的總體解決方案能力。
5.2 技術層面的問題
目前焊接機器人系統集成總體還處於單系統低端應用水平，從技術角度還存在：
1）各集成單元技術在性能和穩定性方面也存在這樣那樣的問題，和機器人本體一樣，很多還是依賴價格和服務成本都很高的國外進口技術和產品，從而一定程度限制了特殊機器人系統集成的應用；
2）總體系統集成水平較低，特別是多機器人和多工序組合的生產線集成能力較弱；
3）對細分行業的需求理解不深，工藝和技術分解粗糙，難以提供適合行業現狀和需求並具有競爭力的系統解決方案。
圖10 技術層面問題
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