焊接機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)展分析

張鋒

摘 要：隨著科技的發(fā)展，焊接機(jī)器人技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，我國要想成為制造強(qiáng)國，就必須大力推進(jìn)高效焊接及自動化進(jìn)程。本文首先介紹了焊接機(jī)器人的發(fā)展階段，在此基礎(chǔ)上分析了在國內(nèi)及國外的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后探討了幾種焊接機(jī)器人的技術(shù)及其特點(diǎn)，并對焊接機(jī)器人應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：智能控制技術(shù)；焊接機(jī)器人；應(yīng)用進(jìn)展

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

焊接被譽(yù)為工業(yè)“裁縫”，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，全世界在使用的工業(yè)機(jī)器人中大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域，時(shí)至今日其技術(shù)己相當(dāng)成熟，其發(fā)展水平已成為衡量一個國家技術(shù)發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一。焊接機(jī)器人的應(yīng)用，改善了勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度、焊接性能可靠、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高升產(chǎn)效率，大大提升了產(chǎn)品焊接質(zhì)量，它實(shí)現(xiàn)了焊接產(chǎn)品制造的自動化、柔性化與智能化。

一、焊接機(jī)器人的發(fā)展歷程

世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人是由美國人于1959年設(shè)計(jì)制造的，雖然發(fā)展較為緩慢，但是卻顯示出了極強(qiáng)的生命力。它經(jīng)歷了示教再現(xiàn)型機(jī)器人、可感知機(jī)器人和智能型機(jī)器人三個階段。焊接機(jī)器人則經(jīng)歷了即示教再現(xiàn)階段、離線編程階段和自主編程階段三個階段。目前，國內(nèi)外正在使用的焊接機(jī)器人仍然還是屬于第一代或準(zhǔn)二代的。隨著各項(xiàng)技術(shù)的逐漸成熟，焊接機(jī)器人自動化、柔性化與智能化已成為發(fā)展的必然趨勢。

二、國外焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，國外焊接機(jī)器人技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其準(zhǔn)確度和可靠性不斷提高，與此同時(shí)，造價(jià)卻不斷下降。西方發(fā)達(dá)國家也將發(fā)展焊接機(jī)器人作為研究的重點(diǎn)。日本僅用了10年左右的時(shí)間，便形成了自己的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，韓國的機(jī)器人發(fā)展也極其迅速，截止到2005年全世界的在役工業(yè)機(jī)器人約為914000套，日本占了其中的60%左右，大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。盡管美國和德國等老牌工業(yè)強(qiáng)國在數(shù)量上不如日本，但其技術(shù)底蘊(yùn)身后，制作的焊接機(jī)器人水平較高，因此在國際市場上還是占有一定的優(yōu)勢。

三、我國焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

我國開發(fā)工業(yè)機(jī)器人較晚，在20世紀(jì)70年代末開始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究，使得我國整體落后于歐美和日本等國家，但是經(jīng)過幾十年的努力，仍然取得了可喜的成績，目前已基本掌握了其關(guān)鍵技術(shù)，目前已經(jīng)在我國建立了9個機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地和7個科研基地。2005年我國新增機(jī)器人數(shù)量超過了5000臺，平均每年的增長率都超過40%，主要應(yīng)用在汽車、摩托車及工程機(jī)械三個主要行業(yè)，國內(nèi)擁有焊接機(jī)器人最多的是上海市，占全國的19%，長春市居第二，占全國的17%。目前在我國應(yīng)用的焊接機(jī)器人主要分日系、歐系和國產(chǎn)三類。由于進(jìn)口焊接機(jī)器人價(jià)格大幅度降低，國產(chǎn)焊接機(jī)器人不管是從控制水平還是可靠性方面均與進(jìn)口焊接機(jī)器人有一定的差距。

近年來，雖然我國焊接機(jī)器人的發(fā)展勢頭很快，但是整體水平和增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，與國外還有一定的差距，同時(shí)我國的勞動力成本低廉也限制了焊接機(jī)器人應(yīng)用程度的提高。因此一方面必須通過引進(jìn)、消化和吸收一些現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，盡快縮短與國外的差距。另一方面應(yīng)該大力發(fā)展自有民族品牌的焊接機(jī)器人，提高我國制造業(yè)在國際上的地位。

四、焊接機(jī)器人主要技術(shù)

1焊縫跟蹤技術(shù)

焊縫跟蹤技術(shù)就是在焊接過程中，根據(jù)環(huán)境因素的影響，調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量的可靠性。焊縫跟蹤技術(shù)的研究以傳感器技術(shù)與控制理論方法為主，隨著近代模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，并應(yīng)用在焊縫跟蹤技術(shù)中后，焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到了一個全新的時(shí)代——智能跟蹤的時(shí)代。國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都對對焊縫跟蹤技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并研究和設(shè)計(jì)出了很多種較為成熟的焊縫跟蹤系統(tǒng)。

2離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)

離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)能夠利用規(guī)劃算法，設(shè)置機(jī)器人程序，根據(jù)焊接參數(shù)、焊接路徑和軌跡完成焊接任務(wù)，其特點(diǎn)是智能化程度高、編程質(zhì)量和效率高等，但是其缺點(diǎn)是還不能實(shí)現(xiàn)全自動編程。

3多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)

有些工作單臺焊接機(jī)器人完成較為困難，不能充分發(fā)揮其作用，這個時(shí)候就需要采用多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)，該技術(shù)必須由若干個機(jī)器人的合作與協(xié)調(diào)來成。多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)涉及面很廣，包括多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、群體行為控制等等，所有機(jī)器人在統(tǒng)一的控制下做相應(yīng)的協(xié)調(diào)運(yùn)動。隨著工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向大型、復(fù)雜、動態(tài)和開放的方向發(fā)展，工業(yè)多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)將成為研究的熱點(diǎn)。

4遙控焊接技術(shù)

遙控焊接技術(shù)是指焊接機(jī)器人在一些危險(xiǎn)、惡劣及特殊的環(huán)境中，而人在離開現(xiàn)場的安全環(huán)境中對焊接機(jī)器人的操作進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，從而完成完整的焊接工作，它融合了多學(xué)科的知識。在如核輻射區(qū)域設(shè)備維修、深水、有毒、空間站等環(huán)境中應(yīng)用較為廣泛。遙控焊接技術(shù)可以說是目前最高意義上的焊接自動化、智能化。國內(nèi)外對遙控技術(shù)的研究成果較多，國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)也正在進(jìn)行這方面的研究。

5焊縫識別與導(dǎo)引技術(shù)

目前對焊縫識別和引導(dǎo)主要是通過基于視覺的方法對焊接區(qū)圖像進(jìn)行采集，將采集到的信號傳送到圖像處理器進(jìn)行處理，通過運(yùn)算得出具體數(shù)值，精確引導(dǎo)焊接機(jī)器人對焊縫進(jìn)行焊接。

6焊接工藝技術(shù)

目前，焊接機(jī)器人普遍采用氣體保護(hù)焊方法，其他還有鎢極氬氣保護(hù)焊，等離子弧焊、切割及機(jī)器人激光焊等等。但是應(yīng)用范圍最廣的還是高速、高效氣體保護(hù)焊接工藝。

結(jié)語

焊接機(jī)器人在生產(chǎn)生活中，發(fā)揮了極其重要的作用。目前國內(nèi)外都在對焊接機(jī)器人加大研究力度，其應(yīng)用迎來了難得的發(fā)展機(jī)遇。從發(fā)展趨勢來看，在不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展，也會涉及到太空、核事故、醫(yī)用、仿生等領(lǐng)域。

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