焊接機器人智能化技術研究

楊本慶

摘 要：傳統的焊接機器人在焊接的過程中，容易受到焊接環境和焊接條件改變的影響，降低了機器人焊接的質量，第一代與第二代的焊接機器人已經無法滿足現代生產制造業的需求。因此，需要大力發展智能化焊接機器人，應用視覺控制技術、模糊控制技術、人工神經網絡技術、嵌入式控制技術等，對傳統的焊接機器人進行技術升級，使其自行適應焊接環境和條件的變化，進而實現生產制造焊接領域的柔性化發展。

關鍵詞：焊接機器人;智能機器人;智能技術

智能化焊接機器人是工業焊接生產未來發展的主要方向，由于人工焊接的失誤率較大，尤其是精密工件的焊接，需要非常高的精確度，而焊接機器人則解決了這一問題，其焊接效率與焊接精度高，并且可持續穩定焊接，對于生產制造業的發展大有裨益，使得生產制造業高度關注焊接機器人未來的發展。智能化技術在焊接機器人系統中的應用，進一步的提升了焊接機器人的性能，從而促進焊接機器人在生產制造業中的深度應用。

1.焊接機器人發展過程和現狀

1.1發展過程

焊接機器人在工業制造領域應用較為普遍，其發展經歷了三個階段，第一代焊接機器人操作簡便，采用的是示教焊接方式，無需使用環境模式，可自動修正焊接誤差，在工業生產中應用較多。第二代焊接機器人，采用了少量的傳感器技術，可實現離線編程，以形成對焊接操作的控制。第三代焊接機器人，運用了多種傳感器技術，具有高度的適應性，在接收到生產任務后，依據焊接環境和條件，自動編制焊接程序，人工操作較少，具有典型的智能化特征。

1.2發展現狀

現階段，智能焊接機器人已經出現，運用了模糊數學和神經網絡技術，由計算機終端作為控制中心，通過通信網絡對焊接機器人進行智能化的控制。而且還將其他先進的科學技術融入到智能化焊接機器人的系統中，像圖像處理、人工智能、自動化技術等。工業生產系統技術更新較快，逐漸向著大型化和復雜化發展，需要更為先進的智能焊接機器人，運用分布式人工智能技術和多智能體系統對焊接機器人進行升級改造，提高了焊接機器人的智能化程度，進而促進工業生產效率的提升。

2.焊接機器人智能化技術分析

2.1視覺控制技術

視覺控制相當于焊接機器人的眼睛，其具有圖像采集功能，然后將采集到的圖像傳輸至圖像處理中心，對圖像中的內容進行提取，通過提取的數據進行計算，最后將計算結果反饋給控制中心，控制中心再將信息發送至末端執行機構，進行機器人各關節位置的調整，以實現高精度的焊接操作。焊接機器人使用視覺控制技術后，由機器人自行判斷焊接操作，不需要提前進行焊接參數和軌跡的設置，省去了中間編程環節，保證焊接精度的同時，提高了焊接的效率。

視覺控制技術中還有一項非常重要的技術，就是視覺測量技術，其是視覺控制的前提，在機器人焊接時，采用了直接視覺傳感，在不接觸焊接工件的情況下，將焊接信息反饋至圖像處理中心，不會對焊接操作產生任何影響，提取的信息準確并且全面，實用性良好。目前焊接機器人視覺測量系統使用了激光視覺技術，該系統的成本低，信息采集全面，自適應性良好，并且激光視覺傳感器使用了主動性視覺三角形，可排除焊接過程中的外部干擾，不受高溫影響，在焊接環境不良的情況下，可獲取焊接現場準確的信息，使得該項技術在智能化焊接機器人中得到了良好的運用。

2.2模糊控制技術

模糊控制技術使用了模糊數學理論，將模糊推理、模糊關系、模糊決策等運用到焊接機器人的系統中，其是比較典型的智能化技術。焊接機器人的焊接軌跡多變，具有時變性的特征，所以無法使用精度高的數學模型，而模糊控制技術采用了模糊數學理論，具有自適應的優勢，可對焊接操作進行實時控制。焊接機器人的模糊控制器就是應用模糊控制技術制作的，使其具備了人的直覺，可準確進行焊接的判斷，然后作出焊接方式上的調整，并且現階段模糊控制器的通用性良好。

模糊控制技術在實際的應用中存在著一定的不足，其采用的是數學模糊理論，綜合控制能力薄弱，一旦焊接過程中出現了變動，將會直接影響到焊接的質量。第一，精度不夠，模糊控制表需要通過多次的調整和優化才能投入使用，由于其均檔級的限制，降低了焊接的精度，一般會采取調整量化等級數目的方式解決這一問題，然而查詢表占用系統空間過多，使得系統運行速度變慢，計算時間過長。第二，自適應薄弱，模糊控制器的各項參數在設定后，參數將無法進行調整，一旦在焊接過程中，工件發生變化，其還會按照設定的參數進行操作，其對一些參數變化反應不夠靈敏，使得其自適應性較差;第三，振蕩問題，如果模糊控制表設計出現問題，或者是比例因子設置錯誤，都是引起機器人振蕩的主要原因。

2.3人工神經網絡技術

工業生產中的焊接操作本身較為復雜，并且具有不確定性，容易受到多種因素的影響，需要焊接機器人更加的智能化，以適應焊接過程的時變性和眾多的干擾因素。而神經網絡技術與人腦功能有些相似，也可以說是模仿人腦功能而研發的一種智能化技術，使用軟件、計算機打造一個人工神經網絡系統，其中存儲了大量的焊接知識和焊接經驗，系統具有一定的學習、記憶、聯想能力，可實現對焊接過程的跟蹤監測和智能化控制。

人工神經網絡分布式存儲信息，信息存儲量非常大，而且還使用了并行處理技術，容錯性非常好，對焊接過程進行聯想和推理，然后做出正確的判斷，進一步提高了焊接機器人的智能化水平。在數據處理上，其與專家系統有著很大的差異，第一，人工智能系統可自行學習，并儲備了龐大的焊接知識，可從實際的焊接操作中，學習和積累經驗，不需要專業人士的輔助;第二，對源數據要求不是很高，可在數據不精確的情況下，進行準確的焊接控制。目前人工神經網絡技術在焊接機器人中的應用，使用的是基于BP算法的前饋式多層神經網絡，優點是其可確保有效收斂，缺點是收斂速度慢。

2.4嵌入式控制技術

智能化技術的不斷發展，使得生產制造業對焊接機器人的智能化要求逐漸提高，促使焊接機器人的體積逐漸變小，焊接反應更加靈敏，并且可保證焊接的效率和精度。嵌入式控制器就是其中的典型，其體積較小、方便攜帶、焊接質量好，在焊接機器人系統中得到了良好的應用。該項技術的應用，實現了人機交互的功能，可以替代原有的微處理器。嵌入式控制器具有實時顯示功能，使用鍵盤輸入數據后，會立即通過液晶顯示器進行顯示，操作人員可對焊接過程進行實時干預，增強了焊接機器人系統的靈活性，與以往的控制器相比，其具有如下的優勢，第一，體積小，計算機是控制器的幾十倍;第二，成本低，嵌入式控制器體積小，去除了一些不用的部件，可根據焊接需求進行定制，經濟效益明顯，并且控制器的性能也得到了保證;第三，功耗小，體積小功耗自然就小，攜帶方便，可進行室外焊接。經過實際的應用發現，與模糊控制器相比，嵌入式控制器的功能性較為突出，實現了在線檢測，可及時發現機器人焊接上的錯誤，極大提升了焊接的質量。

結語：當下，智能化技術已經發展到更高的層次，使得智能化技術在各行各業得到了廣泛的應用，而且5G移動網絡的發展，進一步提高了當代的智能化水平。智能化技術在焊接機器人系統中的應用，在提高焊接精度和焊接效率的同時，實現了焊接操作的智能化控制，無需過多的人工干預，焊接機器人可自行調整焊接過程，極大的節約了生產制造業的人力成本，有利于生產制造業經濟效益的提升。

參考文獻：

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（云南技師學院（云南工貿職業技術學院），云南 昆明 650300）