焊接機器人技術的應用研究與發展

董云菊（云南機電職業技術學院,昆明 650203）

焊接機器人技術的應用研究與發展

董云菊
（云南機電職業技術學院,昆明 650203）

摘 要：焊接機器人是現代工業生產的重要加工手段，是焊接自動化的主要標志。本文從焊接機器人的應用現狀、焊接機器人的技術研究、焊接機器人的發展及展望三個方面進行了介紹，對后續焊接機器人的研究具有一定參考價值。

關鍵詞：焊接機器人；智能化；技術研究

機器人技術是一種目前發展前景比較可觀的高新技術，它融合了機械技術、控制技術、電子技術等多種現代先進技術。焊接機器人經歷了示教再現型機器人到可感知機器人，到現在的智能型機器人三個階段。焊接被賦予了現代工業 “裁縫”的稱號，是工業生產的重要加工手段。焊接弧光、金屬飛濺、煙塵等因素導致焊接的工作環境非常惡劣，隨著現代先進技術的日新月異，制造自動化、柔性化、智能化逐漸成為焊接技術的主要發展方向，焊接機器人已發展為焊接技術自動化的主要標志。

1 焊接機器人的應用現狀

1.1 在汽車生產中的應用

隨著我國汽車制造業的發展，各種工業機器人在汽車生產線大顯神威它們使現代的汽車生產實現了自動化，焊接機器人在汽車制造中的應用越來越廣泛，弧焊焊接機器人、點焊機器人和機器人自動生產線在汽車生產中的應用已比較普遍。包括汽車底盤、車身、座椅、汽車零部件等的焊接機器人的使用，加快了汽車行業從勞動密集型向技術密集型的轉變。

1.2 在工程機械中的應用

國內工程機械行業在20世紀90年代中期開始引入焊接機器人，目前工程機械行業主要機種適合機器人焊接的構件大部分都已實現了機器人焊接，如挖掘機、起重機、裝載機和推土機等。隨著工程機械企業國際化程度的不斷提高，焊接機器人的優勢越來越明顯，國內使用焊接機器人的工程機械行業也越來越廣泛。

1.3 在船舶工業中的應用

早在20世紀70年代、日本已開始嘗試在船舶制造中采用焊接機器人技術，隨后韓國、美國等國家也紛紛投入到船舶焊接機器人技術的研究及應用中來，我國船舶焊接機器人的應用研究起始于20世紀80年代末，但目前仍然以引進為主。造船焊接機器人系統涉及技術面廣且比較復雜，為推動我國船舶行業的大力發展，需從實際生產情況出發，走產學研發展道路，全面解決焊接機器人系統在船舶工業中合理及正確應用問題。

1.4 在其他領域中的應用

隨著焊接機器人技術的不斷發展，其應用領域也在不斷擴展，除在汽車制造、工程機械、船舶生產行業應用外，在其他領域如摩托車、電氣、自行車、航空航天、機車等領域的應用也越來越廣泛。

2 焊接機器人技術的研究

2.1 焊縫跟蹤技術

焊接機器人施焊過程中，由于強弧光輻射、飛濺、工件表面狀況、焊接環境等因素，使焊炬與焊縫偏離，影響焊接質量。焊縫跟蹤技術就是根據實際焊接條件的變化實時進行焊縫檢測，自動識別并跟蹤焊縫，準確定位焊縫的起始點及其他參考點。通過電弧傳感器達到控制電壓目的并進而實現焊槍跟隨焊縫位置的自適應的控制，再通過調整焊接工藝參數和焊縫路徑，最終實現焊接質量的控制。隨著近代神經網絡和模糊數學應用于焊縫跟蹤系統，焊縫跟蹤技術逐漸進入了智能跟蹤時代。

2.2 離線編程與路徑規劃技術

機器人離線編程系統可以說是機器人編程語言的拓展，采用計算機圖形學及相關規劃算法，建立起機器人與工作環境間的模型，并對圖形進行操作和控制。焊接機器人焊接時，根據焊接任務、焊接路徑及焊接參數進行軌跡規劃，完成焊接任務，從而產生焊接機器人程序。這種技術編程的效率和質量高，智能化程度也較高，正向著全自動編程方向發展。

2.3 專用弧焊電源技術

焊接系統包括弧焊和點焊系統，其核心是焊接電源和推行機構，研制出電氣綜合性能良好的專用弧焊電源對焊接機器人尤為重要。近年來，電子技術尤其是控制技術和計算機應用技術的飛速發展，為弧焊機器人專用弧焊電源的研究開辟了廣闊的新天地。借助微處理機和反饋控制系統進行精密控制，包括對電源的靜、動特性的無極控制、短弧焊和脈沖焊時電流、陡度及短路電流的優化可使弧焊機器人在焊接過程中達到高穩定性和高質量的焊接效果。

2.4 遙控焊接技術

遙控焊接技術是指焊接機器人在及其惡劣的環境中，如核輻射、深水、有毒的高危環境中，人在離開操作現場的情況下，對焊接機器人進行操作和遠程控制，完成焊接工作任務。實現操作者及機器人的人機交互控制，是當代遙控機器人追求的最終目標。遙控焊接技術可以說是目前最高意義上的焊接自動化、智能化，目前正想著實用化的方向發展。

2.5 多機器人協調控制技術

為完成某一項任務，若干個機器人通過合作、協調組成一體的系統稱為多機器人系統，主要包含多機器人合作、多機器人協調兩個方面的內容。當多機器人系統接到某項特定的焊接任務時，需考慮如何組織多個機器人去完成各項任務，在確定機器人各自的關系和任務基礎上，最主要的任務是保持多個機器人間運動的協調一致性。多智能系統主要研究各個相對獨立的、分散的智能子系統，怎樣在一定網絡環境中進行相互合作、共同去完成一個或多個焊接任務，是實現多機器人協調控制最有力的工具。

2.6 特種機器人焊接技術

對于航天深海作業、管道內外焊接等危險、惡劣及特殊環境，傳統的關節式焊接機器人無法完成焊接，研究新型的特種焊接機器人顯得尤為重要，如管道焊接機器人、深海焊接機器人、軍用焊接機器人、空間焊接機器人等將更能滿足各個應用領域的特殊要求，使焊接機器人技術呈現出更加廣闊的發展空間，對社會與生產力的發展發揮了重大的推動作用。

3 焊接機器人的發展及展望

焊接機器人在高效率高質量焊接生產領域發揮了相當重要的作用，工業機器人的研究、發展及應用，很大程度推動了世界工業技術進步的步伐，近幾年來，焊接機器人技術的研究與應用取得了很大的突破。神經網絡技術、模糊控制技術、智能控制技術、嵌入式控制技術、視覺控制技術以及工業生產系統的不斷發展、給焊接機器人系統帶來了新的發展及挑戰。如何將這些新技術的最新研究成果成功應用與焊接機器人技術，并推動其發展，將是未來焊接機器人技術研究的主要方向，需要我們繼續去探索、研究及實踐。

參考文獻：

[1]張鋒.焊接機器人的應用進展分析[J].中國新技術新產品,2014(11).

[2]黃政艷.焊接機器人的應用現狀與技術展望[J].裝備制造技術,2007(03).

[3]張正兵，李曉娜.機器人在焊接中的應用[J].電焊機,2008(06).

[4]唐新華.焊接機器人的現狀及發展趨勢[J].電焊機,2006(03).

[5]宋金虎.我國焊接機器人的應用與研究現狀[J].電焊機,2009(04).