智能化機器人焊接技術研究進展

郭金霞

摘要：隨著先進制造技術的發(fā)展，焊接技術的自動化、智能化得到了顯著提升，無論是焊接精度、效率都得到了快速發(fā)展與提高，可以說未來智能化機器人焊接技術的發(fā)展是大勢所趨，必然會在大部分的制造業(yè)中取代傳統(tǒng)的手工焊接。本文通過對現(xiàn)代智能化機器人焊接技術研究進展，由此進一步探討和研究未來的智能化焊接技術發(fā)展趨勢。

關鍵詞：智能化；機器人焊接技術；發(fā)展趨勢；制造業(yè)

引言

現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，傳統(tǒng)焊接技術也已經(jīng)發(fā)生了天翻地覆的變化，已經(jīng)從過去單純的手工式的焊接轉(zhuǎn)變而智能化的操作，并且隨著先進制造技術的發(fā)展，焊接技術的自動化、智能化得到了顯著提升，無論是焊接精度、效率都得到了快速發(fā)展與提高，可以說未來智能化機器人焊接技術的發(fā)展是大勢所趨，必然會在大部分的制造業(yè)中取代傳統(tǒng)的手工焊接。從上世紀六十年代至今，焊接機器人控制與發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段，包括示教再現(xiàn)階段、離線編程階段和自主編程階段。而現(xiàn)代計算機控制技術以及智能化微處理技術的發(fā)展，也進一步提升了智能化機器人焊接技術的發(fā)展速率，未來的智能化機器人不僅僅是能夠按照預先的編程進行運行和焊接，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)多項命令下的同時操作以及良好的應變能力，由此更加智能化、柔性化的進行加工和生產(chǎn)。

1.人焊接智能化技術的主要構(gòu)成

現(xiàn)代焊接技術具有典型多學科交叉融合的特點，將現(xiàn)代智能技術引入到傳統(tǒng)焊接應用中國，通過微處理技術和計算機技術，將預先程序事先植入到焊接機器人中，從而實現(xiàn)了其行為的自主性，由此使得其能夠執(zhí)行一系列復雜的動作，并且由于計算機的操控可以對其行為以及環(huán)境進行實時監(jiān)控，從而保證了行為的有效性以及故障的可追溯性。可以說智能化機器人焊接技術是多種技術的集成，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控管理、統(tǒng)一調(diào)度規(guī)劃等多項功能，讓現(xiàn)代焊接效率更高，流程更清晰，分工更明確，同時也更加便于管理與協(xié)調(diào)，僅僅需要通過改變一定的程序就能夠?qū)崿F(xiàn)整體的焊接模式和機器人行為，無疑與傳統(tǒng)單一的機器人焊接而言有了長足的進步。

2.基于直接視覺信息的機器人焊接任務自主規(guī)劃技術

傳統(tǒng)的機器人焊接其往往非常單一，只能夠做一些比較單調(diào)的動作。而智能機器人的出現(xiàn)，特別是基于視覺信息的機器人的誕生，無疑讓智能化焊接技術得到了飛躍發(fā)展，其不僅僅是能夠?qū)我粍幼饕约懊畹膱?zhí)行，更為重要的是其能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代運動力學的多種負責行為，特別是弧焊技術，基于多關節(jié)設置，讓整個焊接變得更加柔性化。其關鍵技術通常包括視覺傳感器的設計以及焊縫信息的獲取問題、規(guī)劃控制器的設計問題。利用微處理芯片技術，應用設置的關節(jié)動感接收裝置和復雜的程序編程以及中央處理裝置，弧焊機器人能夠依據(jù)CAD圖紙以及模擬仿真人類行為，從而依據(jù)相應的紅外線觸控與觸感技術，精確實現(xiàn)焊接任務。

從現(xiàn)有的技術發(fā)展現(xiàn)狀而言，應用中的焊接機器人離線編程與規(guī)劃系統(tǒng)依賴于CAD圖紙輸入焊縫及工藝信息，其已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)具有一定精度需求的任務，但是由于本身的運動更多是一種表面的，受制于自身龐大的機械關節(jié)，使得其在實際的轉(zhuǎn)向以及變形過程中依然受到了限制，而這也是未來弧焊技術發(fā)展的主要方向。弧焊智能化機器人不僅僅要依賴于CAD圖紙輸入等等，還要學會模仿人類的行為，模仿有經(jīng)驗的焊接技術人員了解其焊接手法和不同的動態(tài)運動軌跡，結(jié)合不同的裝備參數(shù)進行自主的焊接行為的選擇，根據(jù)周圍環(huán)境的變化以及變量的選擇，更好的提升焊接要求和有效性，由此就要在智能化機器人焊接技術的設置過程中注重與提高關節(jié)靈活程度，將其外部設計更加的小巧玲瓏，同時增加內(nèi)部環(huán)境辨識技術，充分對不同的環(huán)境以及設備進行觀察和了解。

3.智能化機器人焊接柔性制造單元/系統(tǒng)及其應用

針對焊接柔性制造單元/系統(tǒng)在宏觀上具有離散性，在微觀上具有連續(xù)性。焊接柔性制造系統(tǒng)其應用多多個Agent間的相互協(xié)調(diào)來提升整體設備的協(xié)調(diào)性，從而使得智能化機器人更加的靈活，嫩鞏固更好的適應多種工種、特別是復雜公眾的要求，例如造船、航天制造業(yè)、電子精密儀器等等的焊接，以此提升其本身的應用范圍，同時從現(xiàn)有的部分行業(yè)例如汽車領域的應用來看，取得了良好的效果，這也說明未來其應用的潛力，可以更好地在遠程監(jiān)控條件下，實現(xiàn)復雜項目的焊接，更加有效的降低了企業(yè)本身的人力資本以及額外的成本的支出。

4.機器人焊接的焊縫跟蹤與導引技術

這是又一項未來智能化機器人焊接技術的發(fā)展趨勢，其能夠?qū)ΜF(xiàn)有的焊縫進行跟蹤，依據(jù)實現(xiàn)設定的初始焊位導引進行特定的項目操作，其相對于傳統(tǒng)的機器人焊接而言，可以更好地根據(jù)不同環(huán)境下目標的實際體積、焊縫大小以及環(huán)境變化所帶來的具體的焊縫狀態(tài)的改變，而進行針對性的焊接，依據(jù)傳感器收到的信息進行實施控制與修正機器人的操作，無疑大大提高了焊接精度，提高了整體智能化機器人的應用范圍，將傳統(tǒng)的焊接技術應用到各個環(huán)境下，避免了傳統(tǒng)環(huán)境變化下的焊接方式與精度的缺失，以此為未來高空作業(yè)、高溫作業(yè)或是極寒天氣下作業(yè)奠定了基礎，更好的依據(jù)物體實際形態(tài)而進行針對性的焊接作業(yè)，進而保證了工人能夠避免惡劣條件下的作業(yè)，而僅僅需要通過遠程操控就能夠?qū)崿F(xiàn)上述環(huán)境下的焊接，減少了工作的危險性，提高了整個制造、生產(chǎn)行業(yè)的工作環(huán)境的安全性。

5.結(jié)束語

現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，傳統(tǒng)焊接技術也已經(jīng)發(fā)生了天翻地覆的變化。可以說，智能化機器人焊接技術的發(fā)展必然會在大部分的制造業(yè)對于傳統(tǒng)人工焊接的取代，其無論是精度、使用效率還是企業(yè)成本支出都將得到優(yōu)化。上述技術雖然部分已經(jīng)在實踐中得到應用，但是其中的應用依然存在一定的限制，同時現(xiàn)有技術還存在一定的不成熟之處，需要未來的企業(yè)與研究人員結(jié)合現(xiàn)代企業(yè)實際需求和不同的外部環(huán)境進行針對性的改善，從而更好地服務于現(xiàn)代制造業(yè)、建筑業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展需求。

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