机器人在现代化生产生活中具有广泛的应用，尤其是工业机器人的应用。工业机器人是一种多用途的机器人。在恶劣的环境中机器人可以代替人类完成绝大部分的工作，因此工业机器人在高温、低温、缺氧、等环境中应用较多。焊接机器人的应用在半自动化生产中比较广泛，如汽车外壳、底盘的生产等。

据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域^[1]。 焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。我国自上个世纪70年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用^[3]。

焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人术语标准的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域^[4]。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂^[5]。焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。

经过了50多年的发展，焊接机器人技术已经对信息技术、传感器技术、人工智能等多学科技术进行了融合，以实现智能化、自动化发展。目前，焊接机器人采用的数字化弧焊电源具有响应速度快、焊接质量好、重复性强和输出稳定等优点^[8]。但是就现阶段而言，采用的弧焊电源大多为外国生产，如法国沙福DIGI@WAVE系列、奥地利TPS系列等，国内尽管也有产品推出，但在控制精确性和焊接稳定性方面仍然无法达到理想水平。在机器人传感方面，焊接机器人可以采用电磁、声学、光学等各种学科领域传感器，以实现焊接过程信息提取，满足机器人焊接作业的自动化操作需求^[6]。 而采用多传感信息融合技术，可实现对焊缝偏差量、点焊质量等内容的检测，为智能化焊接操作的实现提供技术支持。在该技术的支持下，采用焊接专业系统作为自适应单元，并通过模糊计算和神经网络制定焊接决策，则能使焊接机器人实现焊缝成形质量控制^[9]。但就目前来看，该技术仍然处在研究阶段，受各系统协调控制问题的限制。在焊接机器人的焊接生产情况来看，需采用示教编程实现机器人编程控制，不利于机器人作业空间的延伸。但在国外，已经研制出成熟离线编程系统，如瑞士ABB的Robot-SIM、日本的MotoSim等。在国内，核心技术依然掌握在高校科技人员手中，仍然处在仿真阶段^[7]。此外，近年来也不断有国内外学者对多机器人协调控制技术展开研究，即使各焊接机器人通过协同作业完成焊接任务。

从目前国内外研究现状来看，焊接机器人技术的研究十分活跃，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等七个方面^[10]。新中国成立后，中国焊接生产机械化自动化技术发展应用，取得了很大的成就，焊接生产过程机械化与自动化程度已达到20%。在以焊接技术为主导制造工艺技术的大中型骨干企业，焊接生产过程综合机械化与自动化程度已达到40%～45%。在机床、锅炉、汽车、化工机械、工程机械和重型机械等国家重点骨干企业，通过引进国外先进技术及相应配套的自动化焊机、成套焊接设备、焊接生产线和柔性制造系统，使焊接生产机械化与自动化技术达到了国际90年代初的先进水平，进入世界先进之列^[11]。

结合焊接机器人技术的发展现状可以发现，相较于国外，我国焊接机器人技术发展依然较为落后。但在“中国制造2025”背景下，习近平总书记一再强调，机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志^[12]。所以想要推动中国制造的转型发展，完成“中国制造新世纪”的创造，还要加强焊接机器人技术的研究。因此在未来发展中，我国还应针对焊接机器人技术存在的焊缝跟踪技术问题、多机器人协调控制问题、机器人编程问题等多种问题加强研究，通过引入人工智能、仿生学、控制论等先进技术理论实现技术难题的攻克，争取走在该领域的最前沿^[14]。为此，政府还应加强对焊接机器人领域先进技术的扶持，增加机器人项目投资，以便为技术发展提供强大后盾。而实现核心关键技术的攻克，则能有效推动我国焊接机器人生产制造的智能化和自动化发展^[15]。

不管国内还是国外对于焊接机器人的需求都是很大的，拥有一款好的焊接机器人将在焊接行业占领主导地位。从20世纪90年代以来，计算机的迅速发展，人工智能、传感器技术等大部分新型技术都应用到了焊接机器人当中。使焊接机器人越来越接近人工智能，焊接技术也越来越高^[16]。

为了提高劳动生产率、稳定和提高生产质量、改善劳动强度可在有害环境工作、缩短了产品改型换代的准备周期，减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用机器人的利显然要比采用人工所带来的利大，它一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。设计一款自主研发、精度又高的机器人是十分有意义的。无论是为了国内的工业发展，还是为了全球工业化速度的推进，焊接机器人作为机器人的典型代表，要是能够设计出一款新型的焊接机器人将是机器人行业的一大亮点，能够造福整个机械行业^[17]。

2. 研究的基本内容与方案

本毕业设计的目的就是对用于焊接的关节臂式机器人进行建模，并对其进行性能分析。因此，本毕业设计将分四个部分来阐述对机器人模型的建立及其有关性能分析。

基本内容：