焊接機器人關鍵技術及應用發展現狀

孫 靜

（天津城市建設管理職業技術學院，天津 300134）

目前，隨著智能技術和計算機技術的不斷發展和進步，市場上對于焊接產品的要求逐漸的提高，所以，想要保證焊接產品的質量和效率，在焊接工作中可以應用到焊接機器人，目前，焊接機器人已經被廣泛地應用在焊接領域中。通過使用焊接機器人，可以在一定程度上提高焊接生產的質量和效率，也有效地改善了操作人員的工作條件，也可以有效地保證了產品質量，從而保證了產品質量。差異化制造，在促進相關產業的現代化和轉型方面也發揮了作用。焊接機器人使用機器人代替人工操作，這涉及使用焊接機器人來完成焊接工作。根據焊接機器人使用的不同焊接方法，焊接機器人可分為焊接機器人，弧焊機器人，激光焊接機器人和摩擦機器人。焊接機器人及其其他類型，隨著自動化技術的發展，焊接機器人可分為智能機器人和教學繁殖機器人。

1 焊接機器人應用的重要意義

隨著工業生產水平的提高焊接機器人逐步發展起來的，在焊接生產過程中，應用焊接機器人有著重要的意義，主要是能夠體現在以下的幾個方面：第一、可以有效地提高焊接生產的質量，在焊接生產的過程中，焊接的電壓和焊接速度等因素，要與人工操作對焊接生產的質量起到重要的作用，隨著焊接機器人的應用，對于因為人為因素的影響得到了有效的降低，并且還可以更好地控制焊接的電壓和電流等，能夠始終保持著一致，這樣能夠保證焊接的質量。第二、可以有效地提高焊接產品的效率，焊接機器人的工作速度比人工的工作速度要快很多，焊接機器人可以二十四小時不間斷地工作，著極大地提高了工作的效率。第三、有效地改善了勞動的條件，當人工在焊接的過程中，會面臨著惡劣的焊接環境，這對于工作人員的身體產生一定的危害性，但是隨著焊接機器人的運用，人工只需要完成工件裝卸的工作就可以，這對于工作的環境有了顯著的改善，并且避免了高強度的體力勞動。除此以外，隨著焊接機器人的應用，可以有效地縮短了工業產品的生產時間，對于產品的更新換代起到了促進的作用。

2 焊接機器人的發展歷程

焊接機器人結合了多種技術，例如電子技術、計算機技術、智能技術、機器人技術等，其歷史可以追溯到1960 年初期。在經過三個主要的開發過程，第一代焊接機器人仍處于技術研究和智能化的過程中。應用率低，并且不可能從外部信息反饋，這導致了很大的應用限制。與第一代焊接機器人相比，第二代焊接機器人的技術顯然已經成熟。這一時期的機器已經具有感知能力和更強大的功能，就像人類的視力和聽覺一樣，傳感器技術已應用于機器人。在實際工作當中，他使用傳感器技術來接收外部信息并將其傳輸到控制系統。收到反饋后，他會相應地調整條件，以確保性能和適應環境的能力，并將其廣泛用于工業生產。第三代焊接機器人是智能的，具有非常強大的功能，除了像人類一樣的感知能力外，他還可以判斷和行動。他可以在工作時獨立完成推理，然后做出科學決策。故障還可以進行自我診斷，并具有自我糾正的能力，適用于各種挑戰性的工作環境。

3 焊接機器人的技術現狀

3.1 電弧焊電源技術

電弧焊是焊接中的一項非常重要的技術，近些年來，隨著計算機應用技術和電子技術的不斷發展和進步，機器人弧焊技術已經得到了高速的發展，使用微處理器和閉環控制系統可以對電源的靜態特性提供無機控制，并且還可以有效地控制電弧焊電流和脈沖焊接電流，以確保機器人電弧焊操作的穩定性。遠程焊接技術主要用于手動控制焊接機器人的一些危險行為，與特殊條件下，以此來保證焊接工作能夠有效地完成。

3.2 焊縫跟蹤技術

焊縫跟蹤技術主要是研究焊接機器人可以依照實際焊接條件的變化對焊縫進行實時的跟蹤和檢測，并且根據實際的焊縫和設計之間的偏差，有效調整焊接路徑和焊接參數，確保焊接質量。在這一階段的發展中，縫合跟蹤技術應以傳感器技術和控制理論為研究對象，其中傳感技術主要是以研究電弧傳感器和光傳感器這兩類只能的傳感器為主要，電弧傳感器主要是從焊接電弧獲取焊縫偏差的信息，光傳感器則是依靠視覺傳感器和計算機實現焊縫偏差的分析，可顯著提高焊接機器人的適應能力。焊縫跟蹤控制理論則是運用現代先進的控制理論支持焊縫跟蹤技術，提高焊縫跟蹤技術的可靠性，現在常用的理論主要有神經網絡、模糊控制等理論。

3.3 多人機器人的協調控制技術

多機器人協調控制主要研究的內容是通過控制系統實現多個焊接機器人之間的協調工作，使其可以完成某一項任務。多機器人協調控制技術可以實現多個機器人之間的合作、協調，不但能夠器人完成相應的焊接操作，還可以其他機器人相聯合完成一系列的焊接要求，這就需要建立一個合理的多智能控制系統。此外如何使機器人與外周設備進行有效的合作也是協調控制技術的研究方向。

3.4 技術

仿真技術主要研究的是在焊接機器人設計的過程中通過采用機器人學理論、計算機圖形技術、CAD 技術等在計算機中形成幾何圖形，將機器人工作構件的運動、運動學分解、碰撞干涉等通過動畫的形式顯示、模擬，以更好的解決機器人設計中出現的技術問題。

3.5 人用焊接工藝方法

目前世界上應用較多的焊接技術主要是氣體保護焊，主要包括富氬混合氣體保護焊和融化極氬弧焊等兩組類型，此外還有應用較為廣泛的鎢極氬氣保護焊。部分科技比較先進的國家則采用熱絲TIG 焊、熱絲等離子以及TIME 焊等方法，這些工方法不僅能夠保證優良的焊接接頭，還大幅度提高了焊接的速度和熔敷效率。

4 焊接機器人的發展趨勢

4.1 多智能系統的融合發展趨勢

由于能機器人的多智能焊接機器人通過多機器人的協同工作完成特定的焊接任務。在實際的設計中，多個獨立且經濟的智能單元的分離主要基于邏輯，功能和物理原理，它們彼此交互并相互作用以執行一些復雜而特殊的焊接操作。當使用多個機器人完成相同的焊接任務時，必須對焊接機器人進行靈活的集成處理，明確每個機器人的分工，確保它們協同工作并進行信息交換，確保焊接效率和焊接質量。

4.2 焊接機器人與周邊焊接設備的柔性集成

在焊接過程中，焊接機器人的靈活行，在外圍設備的協調控制有，助于減少非生產時間，同時可以提高工作效率。為了在焊接過程中保持整個熔池的水平或略低，焊接定位器必須不斷改變工件的位置和位置。定位裝置在焊接過程中不鎖定，為了提高整個系統的效率，保證整個系統工作質量的提高，需要對弧焊電源和夾具進行適當的協調。

4.3 智能傳感器與機器人的多傳感器信息融合技術

由于基本傳感器僅具有一個信號轉換元件，因此隨著智能技術的發展和智能傳感器的出現，其處理設備已高度集成。由于來自單個傳感器的信息無法為智能機器人提供準確而可靠的信息，因此有必要綜合來自多個傳感器的信息，以充分利用傳感器信息并做出準確的判斷。多傳感器技術在焊接機器人中的應用，可以有效地推動焊接機器人技術的發展，有效地調整其運行狀態，提高其智能化、高效化水平。在焊接機器人的實際操作中，當使用單個傳感器時，會受到多種因素的干擾，無法準確判斷周圍環境，從而使多傳感器信息融合，采用柔性集成的過程，操作更加完整，有效地分析了焊接機器人的具體工作狀態，提高了焊接機器人的工作效率。

4.4 焊接機器人系統的智能化

焊接機器人的整個焊接過程相對復雜，實際焊接過程涉及很多因素，例如電、磁、熱、光等。由于這些因素的非線性特性，無法建立精確的數學模型。由于人工神經網絡具有自學習能力和適應能力，因此其信息容量很大，并且可以執行快速計算，因此，其在焊接機器人系統中的應用可以有效地促進焊接機器人智能化的發展。

4.5 移動操作發展

目前，大多數焊接機器人是用一只手固定和操作的，這使其操作與實際生產要求非常不兼容，這增加了焊接生產的復雜性并帶來許多不便。 這種固定操作限制了焊接機器人的半徑和范圍。如果機械手在使用過程中伸得太遠，在焊接負載自動焊槍時會降低機械手的剛度，導致末端執行機構抖動，對焊接質量影響很大，使焊接電弧穩定性受到威脅，氣體保護效果降低。因此，工業焊接機器人還需要不斷向移動工作發展，并不斷提高運動精度，通信效率等，從而可以有效地提高焊接效率。

4.6 其他發展趨勢

在產品制造過程中，經常會遇到各種空間位置的焊縫，特別是異型結構的焊接件。面對這種情況，不可能實現自動化、智能化焊接，只能依靠手工焊接。如果能夠開發出基于人工智能的視覺識別焊接技術，則可以智能地識別焊接位置信息，實現機器人與被識別信息的實時信息交換與通信，以及機器人與被識別信息之間的信息交互。通過控制系統的操作，將交換通信處理后反饋給焊接設備，實現任意位置焊縫的智能焊接。這也是未來智能制造焊接技術發展的必然趨勢。因此，無論焊縫位于何處，基于人工智能的視覺識別焊接設備都能很好地識別各種結構焊縫的焊接情況，實現真正意義上的智能焊接。

5 機器人焊接的應用優勢與挑戰

5.1 機器人焊接的優勢表現

機器人焊接具有很多優點，包括高穩定性和良好的焊接質量， 它可以提高勞動生產率， 改善工作條件并在危險環境中工作，降低工人的技術開發水平和勞動強度， 降低焊接質量。 生產成本，高度的靈活性，能夠自動化小型產品的焊接，在各種極端條件下的焊接性能。機械手焊接可大致分為三個階段：準備、焊接以及焊接后控制。準備階段主要用于工件的組裝以及機器人的教學和編程。當今普遍使用的教學和編程可以分為兩種類型：手動和自動，在線和離線。在線手動編程方法簡單、便宜、但耗時，同時取決于焊工的資格。離線自動編程是一項高級技術，如今已受到越來越多的關注。它具有高度的靈活性，可以生成復雜的刀具路徑，并且比手動在線編程要快。焊接過程通常使用自動焊接跟蹤技術來補償可能的學習偏差并確保焊槍和焊縫居中。

5.2 機器人焊接所面臨的挑戰

機器人焊接也帶來了諸多新的挑戰：

（1）工件制備質量和焊件裝配精度要求高。

（2）設計工件的結構及焊接工藝時，要考慮焊槍的可達性、變位機的翻轉次數等。

（3）投資額度高，回收周期長。

（4）電源必須滿足機器人自動焊接所需的高性能和穩定性特征。另外，機器人焊接對操作人員提出了更高的要求，并要求更高的質量。為了獲得高質量的焊接，設計準確和智能的機器人焊接工藝尤為重要。

6 結語

焊接機器人技術在許多領域得到了廣泛的應用，通過焊接機器人技術的應用，有效提高焊接質量，使焊接工作可以在某些特殊條件下進行。焊接機器人的技術在實際應用過程中受到很多因素的影響。因此，有必要加強焊接機器人技術領域的研究，繼續尋求智能控制技術的突破，確保焊接機器人技術的有效提高，為國家現代化提供重要技術。