焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展

董云菊（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,昆明 650203）

焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展

董云菊
（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,昆明 650203）

摘 要：焊接機(jī)器人是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要加工手段，是焊接自動(dòng)化的主要標(biāo)志。本文從焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀、焊接機(jī)器人的技術(shù)研究、焊接機(jī)器人的發(fā)展及展望三個(gè)方面進(jìn)行了介紹，對(duì)后續(xù)焊接機(jī)器人的研究具有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人；智能化；技術(shù)研究

機(jī)器人技術(shù)是一種目前發(fā)展前景比較可觀的高新技術(shù)，它融合了機(jī)械技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)等多種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)。焊接機(jī)器人經(jīng)歷了示教再現(xiàn)型機(jī)器人到可感知機(jī)器人，到現(xiàn)在的智能型機(jī)器人三個(gè)階段。焊接被賦予了現(xiàn)代工業(yè) “裁縫”的稱號(hào)，是工業(yè)生產(chǎn)的重要加工手段。焊接弧光、金屬飛濺、煙塵等因素導(dǎo)致焊接的工作環(huán)境非常惡劣，隨著現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的日新月異，制造自動(dòng)化、柔性化、智能化逐漸成為焊接技術(shù)的主要發(fā)展方向，焊接機(jī)器人已發(fā)展為焊接技術(shù)自動(dòng)化的主要標(biāo)志。

1 焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著我國汽車制造業(yè)的發(fā)展，各種工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線大顯神威它們使現(xiàn)代的汽車生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，焊接機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用越來越廣泛，弧焊焊接機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用已比較普遍。包括汽車底盤、車身、座椅、汽車零部件等的焊接機(jī)器人的使用，加快了汽車行業(yè)從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變。

1.2 在工程機(jī)械中的應(yīng)用

國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)在20世紀(jì)90年代中期開始引入焊接機(jī)器人，目前工程機(jī)械行業(yè)主要機(jī)種適合機(jī)器人焊接的構(gòu)件大部分都已實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人焊接，如挖掘機(jī)、起重機(jī)、裝載機(jī)和推土機(jī)等。隨著工程機(jī)械企業(yè)國際化程度的不斷提高，焊接機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，國內(nèi)使用焊接機(jī)器人的工程機(jī)械行業(yè)也越來越廣泛。

1.3 在船舶工業(yè)中的應(yīng)用

早在20世紀(jì)70年代、日本已開始嘗試在船舶制造中采用焊接機(jī)器人技術(shù)，隨后韓國、美國等國家也紛紛投入到船舶焊接機(jī)器人技術(shù)的研究及應(yīng)用中來，我國船舶焊接機(jī)器人的應(yīng)用研究起始于20世紀(jì)80年代末，但目前仍然以引進(jìn)為主。造船焊接機(jī)器人系統(tǒng)涉及技術(shù)面廣且比較復(fù)雜，為推動(dòng)我國船舶行業(yè)的大力發(fā)展，需從實(shí)際生產(chǎn)情況出發(fā)，走產(chǎn)學(xué)研發(fā)展道路，全面解決焊接機(jī)器人系統(tǒng)在船舶工業(yè)中合理及正確應(yīng)用問題。

1.4 在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著焊接機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，除在汽車制造、工程機(jī)械、船舶生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用外，在其他領(lǐng)域如摩托車、電氣、自行車、航空航天、機(jī)車等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。

2 焊接機(jī)器人技術(shù)的研究

2.1 焊縫跟蹤技術(shù)

焊接機(jī)器人施焊過程中，由于強(qiáng)弧光輻射、飛濺、工件表面狀況、焊接環(huán)境等因素，使焊炬與焊縫偏離，影響焊接質(zhì)量。焊縫跟蹤技術(shù)就是根據(jù)實(shí)際焊接條件的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行焊縫檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別并跟蹤焊縫，準(zhǔn)確定位焊縫的起始點(diǎn)及其他參考點(diǎn)。通過電弧傳感器達(dá)到控制電壓目的并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊槍跟隨焊縫位置的自適應(yīng)的控制，再通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)和焊縫路徑，最終實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的控制。隨著近代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)應(yīng)用于焊縫跟蹤系統(tǒng)，焊縫跟蹤技術(shù)逐漸進(jìn)入了智能跟蹤時(shí)代。

2.2 離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)

機(jī)器人離線編程系統(tǒng)可以說是機(jī)器人編程語言的拓展，采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及相關(guān)規(guī)劃算法，建立起機(jī)器人與工作環(huán)境間的模型，并對(duì)圖形進(jìn)行操作和控制。焊接機(jī)器人焊接時(shí)，根據(jù)焊接任務(wù)、焊接路徑及焊接參數(shù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，完成焊接任務(wù)，從而產(chǎn)生焊接機(jī)器人程序。這種技術(shù)編程的效率和質(zhì)量高，智能化程度也較高，正向著全自動(dòng)編程方向發(fā)展。

2.3 專用弧焊電源技術(shù)

焊接系統(tǒng)包括弧焊和點(diǎn)焊系統(tǒng)，其核心是焊接電源和推行機(jī)構(gòu)，研制出電氣綜合性能良好的專用弧焊電源對(duì)焊接機(jī)器人尤為重要。近年來，電子技術(shù)尤其是控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，為弧焊機(jī)器人專用弧焊電源的研究開辟了廣闊的新天地。借助微處理機(jī)和反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行精密控制，包括對(duì)電源的靜、動(dòng)特性的無極控制、短弧焊和脈沖焊時(shí)電流、陡度及短路電流的優(yōu)化可使弧焊機(jī)器人在焊接過程中達(dá)到高穩(wěn)定性和高質(zhì)量的焊接效果。

2.4 遙控焊接技術(shù)

遙控焊接技術(shù)是指焊接機(jī)器人在及其惡劣的環(huán)境中，如核輻射、深水、有毒的高危環(huán)境中，人在離開操作現(xiàn)場(chǎng)的情況下，對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行操作和遠(yuǎn)程控制，完成焊接工作任務(wù)。實(shí)現(xiàn)操作者及機(jī)器人的人機(jī)交互控制，是當(dāng)代遙控機(jī)器人追求的最終目標(biāo)。遙控焊接技術(shù)可以說是目前最高意義上的焊接自動(dòng)化、智能化，目前正想著實(shí)用化的方向發(fā)展。

2.5 多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)

為完成某一項(xiàng)任務(wù)，若干個(gè)機(jī)器人通過合作、協(xié)調(diào)組成一體的系統(tǒng)稱為多機(jī)器人系統(tǒng)，主要包含多機(jī)器人合作、多機(jī)器人協(xié)調(diào)兩個(gè)方面的內(nèi)容。當(dāng)多機(jī)器人系統(tǒng)接到某項(xiàng)特定的焊接任務(wù)時(shí)，需考慮如何組織多個(gè)機(jī)器人去完成各項(xiàng)任務(wù)，在確定機(jī)器人各自的關(guān)系和任務(wù)基礎(chǔ)上，最主要的任務(wù)是保持多個(gè)機(jī)器人間運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)一致性。多智能系統(tǒng)主要研究各個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、分散的智能子系統(tǒng)，怎樣在一定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行相互合作、共同去完成一個(gè)或多個(gè)焊接任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制最有力的工具。

2.6 特種機(jī)器人焊接技術(shù)

對(duì)于航天深海作業(yè)、管道內(nèi)外焊接等危險(xiǎn)、惡劣及特殊環(huán)境，傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)式焊接機(jī)器人無法完成焊接，研究新型的特種焊接機(jī)器人顯得尤為重要，如管道焊接機(jī)器人、深海焊接機(jī)器人、軍用焊接機(jī)器人、空間焊接機(jī)器人等將更能滿足各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，使焊接機(jī)器人技術(shù)呈現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展空間，對(duì)社會(huì)與生產(chǎn)力的發(fā)展發(fā)揮了重大的推動(dòng)作用。

3 焊接機(jī)器人的發(fā)展及展望

焊接機(jī)器人在高效率高質(zhì)量焊接生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用，工業(yè)機(jī)器人的研究、發(fā)展及應(yīng)用，很大程度推動(dòng)了世界工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的步伐，近幾年來，焊接機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用取得了很大的突破。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)、視覺控制技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷發(fā)展、給焊接機(jī)器人系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展及挑戰(zhàn)。如何將這些新技術(shù)的最新研究成果成功應(yīng)用與焊接機(jī)器人技術(shù)，并推動(dòng)其發(fā)展，將是未來焊接機(jī)器人技術(shù)研究的主要方向，需要我們繼續(xù)去探索、研究及實(shí)踐。

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