1.1 研究背景及意义

人们对高层及超高层建筑结构体系的研究日趋完善，计算技术的发展和施工条件的不断提高，使高层和超高层建筑迅猛发展，国内超高层建筑的发展已经到达高峰期。与钢筋混凝土结构、木结构等其他结构相比，钢结构的抗拉、抗压、抗剪强度高，塑性韧性好，并且具有良好的工艺性能，便于施工，有益环保，我国钢结构高层建筑领域应用十分广泛，由此高强度钢的焊接工作量及其巨大。

高强钢的焊接性能较差，中厚板、长焊缝焊接量较大，在现场的焊接条件下，采用人工手工弧焊劳动强度大、劳动环境差。在高空作业时，对焊工的安全性也提出了挑战，生产效率低、焊缝质量不稳定等诸多问题还是普遍存在。遇到桁架层施工时焊接量突然增大数倍， 难以满足工期进度的要求。另外，多层多道焊需要专业的工人，劳动的连续性不够好，成本也随之上升。因此，利用技术含量更高的机器人进行多层多道焊是一个不错的选择，机器人焊接可以显著改善手工弧焊的缺点，成本较低，并且能够得到工艺性能更好的焊缝。

目前存在的焊接机器人可以适用于焊缝不规则的焊接，对于直线焊缝，有必要开发一种专用的焊接设备来满足高空作业的需求。厚板对接多层焊装置是自动焊专用关键设备，在面对各种复杂的环境下都能够进行焊接是自动焊接装置的一大难题。现阶段对于焊接行进小车的结构和导轨的设计还不够完善，制约着自动焊接的发展，尤其是行进机构较重的导轨设计、在空间较小的环境下进行的平焊和横焊，本课题是设计厚板对接多层焊专用焊接装置行进小车。

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra 型工业机器人以来，越来越多的工业机器人投入生产使用中，这其中大约有半数是焊接机器人。焊接机器人是在工业机器人上装备焊接系统，如送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳，并配备相应的焊接电源的自动化焊接装备。

随着计算机控制技术的不断进步，焊接机器人的技术水平在不断的进步，目前，焊接机器人几乎全部采用交流伺服电机驱动，这种电机因为没有电刷，故障率很低。控制器中普遍采用32位的计算机，除可以控制机器人本体的5-6个轴外，还可以使外围设备和机器人协调联动。例如，日本安川公司的新型焊接机器人控制器NX100技术中，一台控制器能同时控制四台机器人共36轴(每台机器人有本体6个轴，3个外部轴)，并且能够使用软PLC对周围装置进行控制。与NX100配套的示教盒也采用了功能强大的Windows CE操作系统。而瑞士的ABB等其他公司也有类似的控制器产品，如ABB的第五代机器人。

1.2.2国内研究现状

随着经济和科技的不断发展，我国的工程机械制造行业也迎来了新的发展机遇，其中自动化焊接设备的应用克服了生产中存在的诸多不利因素，大大提升了机械设备的生产和维护管理效率。焊接机器人技术经过几代的发展，已经有了电阻点焊、电弧焊、激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等多种焊接机器人，其控制形式也由最初的单一控制发展到多机器人多轴同步控制。对于焊接技术来讲，焊接机器人的产生，已经成为现代化与自动化的一大标志。据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过 40％，焊接机器人的增长率超过了 60％。

北京石油化工学院为国家体育场“鸟巢”的钢结构现场焊接研发的直轨道焊接机器人。该机器人由行走机构、摆动机构、高度调节机构、导轨、控制箱、遥控器等部件组成。它可以实现“直线”焊接及多种摆动方式焊接；焊接速度、摆动幅度及其左右停留时间可根据工况要求实时调节。中建钢构有限公司联合唐山开元机器人系统有限公司，以苏州国际金融中心项目为契机，通过对便携式弧焊机器人现场应用的多参数研究，实现了超高层临边钢构件厚板长焊缝的智能化CO2 气体保护焊，提高了焊接工效及质量。