工業機器人的技術發展與智能焊接應用

周寬忠

摘要：工業機器人的出現能夠解放大量的勞動力并能夠做到許多比人工操作更精準的工作，而智能焊接便是其中最好的一個例子。本文將通過對工業機器人的技術展開敘述分析，并對工業機器人在智能焊接中的應用進行詳細的闡述。

關鍵詞：工業機器人;技術發展;智能焊接

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）06-0001-02

1 工業機器人的技術發展

1.1 工業機器人的技術發展史

最早期，我國在對工業機器人進行研究主要是為了解決國產化這一問題，但因缺乏先進的技術以及經驗，導致了在研究過程中出現了許許多多的問題，從而致使研究進度非常緩慢。但隨著我國對工業機器人領域的重視，工業機器人的發展速度也得到了提升。近年來隨著社會科技的不斷發展進步，工業機器人已被廣泛應用于工業生產當中。目前我國北京、上海、深圳等多個一線城市已經具備了對工業機器人核心技術的自主研發，以及實現產業化[1]。

1.2 工業機器人的技術分析

工業機器人是一種集多領域為一體的高科技機電產品。在制造業的應用的需要運用到多種技術，例如自動化控制技術、電子技術、機器視覺技術、計算機技術等等。而在運用的這些技術當中，新型材料技術、人工智能技術以及控制技術是非常關鍵的技術。

1.2.1 新型材料技術

工業機器人沒有感知能力以及自主思考的能力，所以工業機器人必須保證作業時的精確性以及可靠性。而為了保障并提高工業機器人的這些必要條件，便需要保證減速機的減速齒輪能夠具有足夠的耐磨性，從而保證工業機器人在作業時的性能穩定。大部分的工業機器人的零部件不僅是要求具有足夠的耐磨性還需要具有高剛性來保證機器人在作業時的高度精準度。所以在進行工業機器人的制造時，需要對它的制造材料高度重視。

1.2.2 人工智能技術

工業機器人能夠機器的穩定重復一致的作業，這些智能化、擬人化都是靠著人工智能技術來實現的。工業機器人通過數據化和智能化將傳統的工藝等都保留在了機器當中，人工智能技術在此過程中功不可沒。可以將人工智能技術便是工業機器人研究的基礎技能。

1.2.3 新型控制器技術

工業機器人在進行作業時，為保證能夠精確的完美的進行，便需要對它進行控制，而在控制時需要新型的控制器技術。隨著目前工業機器人廣泛應用以及作業內容的復雜，新型的控制器技術已經逐漸向多CPU等發展，在控制器算法上也逐漸向人工智能方向發展。

1.3 工業機器人的發展趨勢

隨著工業機器人的制造經驗逐漸豐富，工業機器人的工作將會更加的智能化，幫助人們拓展新的工作環境，認知更神秘的工作領域，并能在工作人員下達指令的前提下，按照程序指令，自主地開展工作，所以工業機器人的制造需要更加精密的儀器，更加精細的制造工藝，并確保工業機器人的高質量成型，滿足實際工業需求。

2 工業機器人的技術在智能焊接中的應用

我國在焊接方面的人才總共將近2000萬，有認證級別資格的僅有300多萬，目前為止焊接方面崗位人才仍缺超過300萬。焊接人才在作業時需要經受噪音、電焊塵以及紫外線的危害，高強度高危害的工作條件導致了焊接人才的持續的快速流失，可以說我國將面臨的便是5～10年后無焊接人才可用。工業機器人的出現便解決了這個問題，經實驗，一臺機器人工作站可以代替2名焊接人才。經多次的實驗以及改善，工業機器人已經廣泛的替代焊接人才進入市場工作。而機器人智能焊接的優勢不僅僅是體現在可以替代人工，還體現在它能夠保障焊接的準確性、可靠性以及美觀性，能夠長時間持續工作，大大提升了工作效率等方面。

2.1 智能焊接工作站

2.1.1 手眼系統

手眼系統便是通過視覺對焊接的位置進行在線的視覺定位，并進行在線的矯正以及補償，從而確保定位準確的穩定度能夠達到98.5%，此過程是通過視覺以及AI算法進行判定的。通過焊前的缺陷識別以及在線焊接工藝的補償，整合深度的學習算法，保證工業機器人在進行單詞動作運行時效率穩定收斂在1S以內。通過缺陷標簽的深化分析以及迭代學習，決定焊后的修復工作：補焊或者重新進行焊接，一般在現場焊接完成后，機器人會執行拍照行為，隨后上傳至工廠的物聯網云平臺，通過人工智能算法進行焊后缺陷質檢，該系統的識別準確度>90%（立焊、平焊角接、平焊搭接）。

2.1.2 工藝與路徑規劃

通過被焊物的特征進行規劃工業機器人的焊接工藝流程以及參數、焊接的路徑以及姿態的變化。根據實際焊接過程中的數據進行在線以及離線分析，從而優化工藝路徑。通過仿真的和半實物仿真等方式，實現真正意義上的虛擬制作，快速的規劃驗證工業機器人的工藝路徑規劃。

2.1.3 動態三維重構與自動標定

在此工作站中采用了機器人坐標恢復系統，通過簡單的安裝使用，達到讓工業機器人在作業時結構緊湊、快速恢復精度的目的。動態三維重構系統則是幫助機器人能夠快速的獲取加工件的空間狀態信息并正確抓取作業面。最后自動標定系統快速的建立起作業面與機器人的加工坐標系間的關系。

2.2 焊接工藝中使用的數據算法

在進行焊前準備時，焊接工藝主要是通過場景信息進行數據庫推薦工藝算法從而向機器人傳輸關鍵參數;在進行焊接前，焊接工藝主要是通過空間及位置姿態的數據進行圖像及空間定位算法向機器人傳輸運動軌跡及位姿建議數據;在進行焊接時，焊接工藝主要是通過實時電流電壓圖像數據進行電流電壓時間序列自學習算法并向機器人傳輸實時參數/運動控制;在焊接結束后，焊接工藝主要通過質檢數據進行圖像質檢算法向機器人傳輸全焊接流程工藝優化信息。

2.3 智能焊接軌跡規劃器

在對工業機器人的焊接軌跡進行規劃時，首先便通過交互界面對被焊物的特征進行視覺3D重構，在達到基準軸線后便通過交互界面輸入坡口、焊道信息等數據通過算法庫進行機器人的軌跡規劃。規劃完成后，交互界面便通過遠程TCP系統對機器人傳輸指令，從而達到控制機器人的焊接軌跡操作。

3 結語

總而言之，工業機器人能夠機器的對相應的工作設定進行重復一致、穩定的操作，大幅度節省了人力及物力。工業機器人在智能焊接的應用中，能夠彌補焊接人才的不足，并能夠大幅度的提高焊接工作的效率，由此可見在工業生產方面工業機器人起到了非常重要的作用。目前我國的工業機器人技術還需借鑒擁有先進技術國家在工業機器人領域的成功經驗，并同時發揮自身優勢，大膽改革創新，將工業機器人技術推向更實用、更科學、更有利于國家發展的新高度。

參考文獻

[1] Zheng Wang，Yunjiang Lou，Yue Liu，et al.An Open Control System Architecture with an On-line Velocity Filter for Industrial Robots[D].In Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics，2012.