淺析焊接機器人技術及發(fā)展方向

劉超超

摘 要：隨著我國工業(yè)現代化程度的日益加強，高效節(jié)能的焊接機器人技術應用于各類行業(yè)，并且焊接機器人技術也在日益研究改進中。本文首先介紹了焊接機器人的分類，其次著重闡述了焊接機器人的先進技術以及發(fā)展方向。

關鍵詞：焊接速度；驅動；跟蹤；智能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.002

1 焊接機器人的分類

（1）弧焊機器人。弧焊機器人不只是一個簡單的操作運動機構，是包括各種電弧焊附屬裝置在內的柔性焊接系統(tǒng)，因此，它的性能有特殊要求。在電弧焊接中，火炬尖端應珠沿預定軌跡，并且連續(xù)地形成焊縫填充金屬。

（2）點焊機器人。汽車工業(yè)是一個重大的點焊機器人系統(tǒng)的應用，在該組件中的每個車體，當身體中，焊料接頭的約60%是由機器人完成。點焊機器人逐漸需要有更好的工作性能，主要有：1）與點焊機的接口通訊功能；2）工作空間大；3）點焊速度與生產線速度相匹配，快速完成小節(jié)距的多點定位（大約每0.3—0.4s移動30—50mm且準確定位）；4）持重大（50—100kg），以便攜帶內裝變壓器的焊鉗；5）定位準確，精度約±0.25mm，以確保焊接質量。

（3）焊接機器人是一種典型的機電一體化產品，你可以按下電源驅動器，使用其分類方法的不同軌跡。按下電源驅動方法的不同點，每個焊接機器人以下幾類：1）氣壓驅動。壓力0.4-1.0MPa。其主要優(yōu)點是氣動氣方便，驅動系統(tǒng)具有圓筒型，氣動驅動結構簡單，成本低，維護方便的緩沖作用；主要的缺點是該裝置的尺寸大，定位精度不高；2）液壓驅動。電能質量液壓驅動系統(tǒng)，既快又好，而且速度液壓驅動的大，傳動平穩(wěn)，高效率的內在比較簡單，通過閥門無級變速在很寬的范圍內流動；其主要缺點是我們需要泵液壓站，易漏油，這不僅影響穩(wěn)定性和定位精度，而且還污染環(huán)境；3）電氣驅動。電驅動是利用由馬達或多種轉矩產生的力，無論是直接或通過減速機構來驅動負載，以獲得所需的機器人動作。由于電驅動器是容易控制的精度高的運動，使用方便，成本低，效率高的車程，不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點，是最常見的，大部分應用為導向的方法。目前生產的機器人大都采用交流伺服電機驅動。

2 焊接機器人技術研究現狀

隨著我國的現代化建設，越來越注重智能化的建設。焊接機器人技術主要是以機器人焊接智能化為核心來進行的。

2.1 焊縫跟蹤技術

由于現代數學和模糊神經網絡及其應用復雜的非線性系統(tǒng)的不確定性，焊接軌道焊接成一個新的時代---智能焊縫跟蹤時代的出現。其中，研究清華電弧跟蹤系統(tǒng)，傳感器和控制系統(tǒng)，它詳細地討論了焊縫跟蹤系統(tǒng)的各種傳感器，并提出了基于焊縫模式的CCD圖像提供了新的算法，軌跡識別。接近人類視覺等方面的優(yōu)勢視覺傳感器信息來檢測焊縫和神經網絡，并應用到焊縫跟蹤系統(tǒng)模糊控制焊縫跟蹤應用，中國南方大學提出了基于自適應共振理論（AdaptiveResonanceThe2ory）接縫跟蹤神經網絡算法，即分類為若干空間模式分布的灰縫截面方向，使記憶ART神經網絡與匹配檢查的程度獲得的，實際的焊接方式的圖像空間，根據確定的焊槍和焊接中心的偏離的分布的方式，該偏差是模糊變量設計自整定PID模糊控制器。

2.2 智能傳感器和機器人多傳感器信息融合技術

基本的傳感器只有一個信號轉換元件，隨著智能化技術的出現，也出現了具有某些特定的處理，即智能傳感器內部的傳感器信號。有利于集成電子電路開發(fā)的智能傳感器，高度集成的處理器件上，使得該傳感器可以有一些信息處理能力感測系統(tǒng)的。在弧焊機器人的傳感技術，電弧傳感器的顯著位置的光學傳感器的研究。在研究中的各種特定的最引人注目的視覺傳感器的光學傳感器中，計算機視覺和圖像處理用最新的技術成果組合所獲得的信息的數量，可增強適應外部焊接機器人的能力。

2.3 焊接機器人與周邊焊接設備的柔性化集成

在焊接過程中，焊接機器人和靈活的外圍設備控制的協(xié)調，有利于減少輔助時間，它的關鍵生產效率之一。在徑向焊接工件球形或橢圓形，為了在焊接期間使整個熔池可以使水平或略低坡狀態(tài)下，焊接定位器必須不斷改變工件的位置和姿態(tài)。在焊接過程中該定位裝置是不固定的，而是做運動的適當的協(xié)調。弧焊電源和夾具，因此也做機器人的統(tǒng)一控制下運動的適當的協(xié)調，以保證高效率，高質量的工作的整個系統(tǒng)。

3 焊接機器人的發(fā)展方向

隨著焊接機器人的深入應用，焊接機器人已向多方向發(fā)展，目前焊接機器人的主要發(fā)展方向是：

（1）機器人控制的開放型體系結構。開放意味著互用性，目前工業(yè)機器人控制器最大的擔心是它的功能專一、性能不完善。推廣基于PC的平臺，實際上是考慮用戶對性能和成本的要求，使機器人從專用的控制器向基于PC機的開放、通用的控制器過沮。

（2）焊接機器人的智能化。要真正將技術人員和熟練工人從繁重的勞動中解脫出來，甚至能直接代替人在惡劣、危險的環(huán)境中進行自動焊接作業(yè)，必須開發(fā)具有一定智能的智能機器人，焊接機器人的智能化主要表現為傳感器的智能化。

（3）機器人按制從單機向集散式、網絡化的方向發(fā)展。

從這個意義上，機器人的發(fā)展可分為三代：第一代是示教型機器人，目前在工廠廣泛使用，它的功能是示教再現。即示教時操作者通過示教盒編程記錄焊接路徑關鍵點，并設置焊接引弧點、熄弧點以及焊接工藝參數。并可以周爾復始，全自動運行。這種工作方式重復件好，但沒有視覺，缺少對環(huán)境變化的自適應能力，例如當實際行走軌跡與示數軌跡由于加工、安裝、焊接變形等原因存在位置偏差時，導致焊接質量不好甚至失敗。第二紀弧焊機器人是具有一定傳感功能的示教機器人，如視覺、力覺、觸覺等傳感器，在示教的基礎上可以適應環(huán)境的變化，目前在某些領域某些功能上已經到生產應用階段，并產生顯著經濟效益。第三代是智能機器人。能理解人的命令，預知或感知外部環(huán)境，自行規(guī)劃操作順序、自動制定運動軌跡、焊槍姿態(tài)和焊接參數，并實時修正，以完成特定的任務。融合CAX技術和視覺傳感技術的智能機器人是焊接機器人的重要研究和發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]余達太.工業(yè)機器人應用工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[2]李曉輝，汪蘇，劉小輝，朱小波.焊接機器人智能化的發(fā)展[J].電焊機，2005.