焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)研究

摘 要：焊接機(jī)器人是指從事焊接工業(yè)的機(jī)器人，是一種多用途的、可重復(fù)編程、能自動(dòng)控制的操作機(jī)。焊接機(jī)器人能提供穩(wěn)定地焊接質(zhì)量，減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)外在這方面的技術(shù)基本成熟，但國(guó)內(nèi)對(duì)這些技術(shù)的了解還不是很充分。本文介紹了焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用狀況及意義，探討分析了我國(guó)焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)，并且著重分析了焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人;控制系統(tǒng);發(fā)展趨勢(shì)

焊接是一種將材料永久連接，成為具有給定功能的結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)。焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能，在另一方面，我們不得不承認(rèn)焊接是一種在相對(duì)較差的環(huán)境中所進(jìn)行的一項(xiàng)高危險(xiǎn)性工作。焊接是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種加工手段，焊接質(zhì)量高低直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。焊接機(jī)器人是機(jī)電一體化的高科技成果，它具有提高焊接質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善工人工作條件、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短產(chǎn)品準(zhǔn)備周期等特點(diǎn)。隨著我國(guó)制造業(yè)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化和智能化的焊接工藝逐漸成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)，焊接機(jī)器人在各個(gè)方面均能滿足生產(chǎn)需求，所以采用機(jī)器人進(jìn)行工業(yè)焊接已經(jīng)成為焊接技術(shù)智能化的重要標(biāo)志。

一、我國(guó)焊接機(jī)器人的發(fā)展

1.焊接機(jī)器人的發(fā)展

焊接機(jī)器人從研發(fā)至今，經(jīng)歷了三個(gè)具有標(biāo)志性的階段。第一個(gè)階段的焊接機(jī)器人是一種很難適應(yīng)外界環(huán)境變化的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，不具備外界信息的反饋能力，操作很簡(jiǎn)單，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到很大限制，但仍在一些生產(chǎn)線上應(yīng)用。在第二個(gè)階段的發(fā)展中，焊接機(jī)器人在工作時(shí)借助傳感器獲得的信息，開(kāi)始具有感知能力。這類機(jī)器人可以靈活調(diào)整工作狀態(tài)，可以在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成設(shè)定的工作任務(wù)。現(xiàn)階段，我們研究的重點(diǎn)對(duì)象則是智能型的焊接機(jī)器人。這類機(jī)器人不但具有前兩個(gè)階段焊接機(jī)器人的所有功能，甚至還可以進(jìn)行編程，可以很好地適應(yīng)外部環(huán)境，僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的操作就能夠完成較為復(fù)雜的動(dòng)作。

2.焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

目前，焊接機(jī)器人的工業(yè)生產(chǎn)主要應(yīng)用在汽車、工程機(jī)械等大型機(jī)械類行業(yè)。焊接機(jī)器人焊接的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，對(duì)工人勞動(dòng)的環(huán)境和條件也有很大的改善，最重要的是能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。正因如此，焊接機(jī)器人的研究方向必然朝著專用化、智能化的方向發(fā)展。就目前的形勢(shì)來(lái)看，人工勞動(dòng)力成本逐漸上漲，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人在性能不斷提升的同時(shí)價(jià)格將逐漸下降，可以說(shuō)，焊接機(jī)器人的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，焊接機(jī)器人日后將會(huì)朝著全數(shù)字化、高度集成化、智能化的方向高速發(fā)展。智能化的特點(diǎn)體現(xiàn)在參數(shù)的在線自調(diào)整功能，具有參數(shù)記憶功能，以及故障診斷的功能等方面。

二、焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究

1.焊接機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

焊接機(jī)器人的重要組成部分包括傳感器、控制器和執(zhí)行器。其中傳感器的作用日益重要，焊接機(jī)器人系統(tǒng)中的激光傳感器和力傳感器等都是相對(duì)于早期機(jī)器人較為先進(jìn)的技術(shù)，這些傳感器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫跟蹤和自動(dòng)定位等，大大提高了焊接機(jī)器人的工作性能和對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性。為進(jìn)一步提高焊接機(jī)器人的智能化和適應(yīng)性，控制系統(tǒng)中還應(yīng)用了很多其他技術(shù)。例如，目前的技術(shù)水平還不能達(dá)到完全的自主焊接的程度，所以極為需要采用遙控焊接技術(shù)。通過(guò)遙控焊接，可以使人在離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)的安全環(huán)境中對(duì)焊接設(shè)備和焊接過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，從而完成整套的焊接工作。遙控焊接在一些不適合人類親臨現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境中就顯得尤為重要了。

2.焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)

機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心，是根據(jù)控制指令以及傳感器所采集的信息來(lái)控制焊接機(jī)器人完成設(shè)定的動(dòng)作或指令。焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)重點(diǎn)研究開(kāi)放式、模塊化控制系統(tǒng)。同時(shí)，開(kāi)放式機(jī)器人控制器也是當(dāng)前控制系統(tǒng)的主流和發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的便是伺服控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)是用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移或轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移或轉(zhuǎn)角。伺服控制系統(tǒng)的控制柜相對(duì)小巧，通過(guò)模塊化結(jié)構(gòu)的改變大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性及其可維修性。控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化以及網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為目前研究的熱點(diǎn)。

三、結(jié)語(yǔ)

就我國(guó)目前的情況來(lái)看，對(duì)于焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究還處于理論大于實(shí)際操作的層面，對(duì)于很多在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題考慮并不是很深刻。所以，在我國(guó)工業(yè)制造的智能化轉(zhuǎn)變中，這種焊接機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用就顯得尤為重要。另一方面，還要加強(qiáng)對(duì)焊接機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。可以想象，在未來(lái)焊接機(jī)器人會(huì)向著集成化方向發(fā)展，具有感知環(huán)境變化的適應(yīng)能力，智能水平大幅提高。

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