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工业焊接机器人技术的发展综述

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：景海

[导读] 摘要：科学技术的发展推动了机器人在工业生产中的应用范围的扩大，现阶段机器人技术已经得到了良好的发展。

        山东川建建工有限公司山东淄博 255100
        摘要：科学技术的发展推动了机器人在工业生产中的应用范围的扩大，现阶段机器人技术已经得到了良好的发展。焊接机器人的应用不仅大幅度的提高了焊接生产的效率，还提高了焊接制造的质量，是未来焊接生产的发展方向。本文首先对焊接机器人应用的重要意义进行分析，然后就现阶段焊接机器人技术的研究现状和未来的发展趋势进行探讨，以期为焊接机器人技术的发展提供参考。
        关键词：工业；焊接机器人；研究现状；发展趋势
        引言
        中国科技水平的不断提升，使得制造业得到了较快的发展。而焊接机器这一融合了控制技术、机械技术、电子技术等为一体的工业技术，也逐渐成为焊接技术自动化的标志。工业焊接机器人技术在一定程度上推动了我国制造行业的发展，并经历了不同的发展阶段，成为了工业生产加工的重要手段之一。当前，这个技术开始逐渐向着智能化方向发展，成为了制造业变型、升级的重要标志。
        一、焊接机器人应用重要意义
        焊接机器人是随着工业生产水平而发展起来的，其在焊接生产中的应用具有重要的意义，主要体现在以下几方面：第一，提高了焊接生产的质量，焊接生产中焊接电压、电流、焊接速度等因素以及人工操作对焊接生产的质量起着决定性的作用，焊接机器人的应用有效的降低了人为因素对焊接质量造成的影响，且能够更好的控制焊接的电压、电流、速度，使其保持一致性，从而保证焊接的质量。第二，提高了生产效率，机器人焊接的速度较人工焊接更快，且其可以24h不停的持续性工作，大大提高了焊接生产的效率。第三，改善了劳动条件，人工焊接需要面对恶劣的焊接环境，会对焊接工人的身体造成损害，但是焊接机器人的应用使工人只需完成工件的装卸，明显改善了工作的环境，且避免高强度体力劳动。此外焊接机器人的应用有效的缩短了工业产品的生产周期，促进工业产品不断的更新换代。
        二、焊接机器人技术分析
        （一）焊缝跟踪
        焊接通常会受到强弧光辐射、焊接表面、焊接环境等影响，而导致焊炬跟焊缝产生偏离，进而影响到焊接质量。而焊缝跟踪主要是结合焊接实际条件，对焊缝予以检测，并自动识别、跟踪焊缝，对焊缝起始点进行准确的地位，利用电弧传感器来控制电压，并对焊接工艺、参数等予以调整，让焊接质量得到可控管理。
        （二）离线编程与路径规划技术
        机器人离线编程系统主要是指利用编程语言通过计算机技术和图形学知识创造虚拟的机器人和工作环境，在不使用机器人进行工作的情况下对运动轨迹进行规划，以便产生更加完善的机器人程序。随着科学技术的进步，焊接机器人的全自动编程将是未来发展的趋势，虽然现阶段还暂时无法实现，但是对于这方面的研究不断增加。
        （三）孤焊电源技术
        焊接主要包括弧焊与点焊。当前，在计算机应用技术、电子技术的发展下，机器人弧焊技术得到了相应发展。通过利用微处理机、反馈控制系统，来予以电源动静特性无机控制、短弧焊电流控制、脉冲焊电流控制等，让机器人弧焊操作更加稳定、高效。
        （四）智能传感器和机器人多传感器信息融合技术
        基本的传感器只有一个信号转换元件，随着智能化技术的出现，也出现了具有某些特定的处理，即智能传感器内部的传感器信号。有利于集成电子电路开发的智能传感器，高度集成的处理器件上，使得该传感器可以有一些信息处理能力感测系统的。在弧焊机器人的传感技术，电弧传感器的显着位置的光学传感器的研究。在研究中的各种特定的最引人注目的视觉传感器的光学传感器中，计算机视觉和图像处理用最新的技术成果组合所获得的信息的数量，可增强适应外部焊接机器人的能力。

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        （五）仿真技术
        机器人在研制、设计和试验过程中，经常需要对其运动学、动力学性能进行分析以及进行轨迹规划设计，而机器人又是多自由度、多连杆空间机构，其运动学和动力学问题十分复杂，计算难度和计算机都很大。若将机械手作为仿真对象，运用计算机图形技术、CAD技术和机器人学理论在计算机中形成几何图形，并动画显示，然后对机器人的机构设计、运动学正反解分析、操作臂控制以及实际工作环境中的障碍避让和碰撞干涉等诸多问题进行模拟仿真，这样就可以很好地解决研发机械手过程中出现的问题。
        （六）机器人用焊接工艺方法
        目前世界上应用较多的焊接技术主要是气体保护焊，主要包括富氩混合气体保护焊和熔化极氩弧焊等两组类型，此外还有应用较为广泛的钨极氩气保护焊。部分科技比较先进的国家则采用热丝TIG焊、热丝等离子以及TIME焊等方法，这些方法不仅能够保证优良的焊接接头，还大幅度提高了焊接的速度和熔敷效率。
        三、接机器人技术发展分析
        （一）多传感技术的融合
        当前，传感器技术应用愈加频繁，而单一传感器信息，通常不能为智能机器人提供精确、可靠的信息。因此，就需要将多种传感器信息进行融合，通过综合利用传感信息，来做出准确的判断。将多传感技术运用于焊接机器人，使得焊接机器人技术得到了较快的发展，并能够有效调整运行状态，让其更加的智能化、高效化。由于焊接机器人在实际操作过程中，会受到多种因素的干扰，若是使用单一传感器，便不能对周边环境做出准确判断，因此，将多传感器信息进行融合，并予以柔性化集成处理，就能够让操作趋于完善，并对实际工作状况进行有效分析，进而提升焊接机器人操作效率。
        （二）多智能焊接机器人系统
        多智能机器人系统（MARS）是在单体智能机器人基础上发展而来的新型智能技术，该系统可以实现多台机器人的协调运转，共同完成与之相关联的工作和任务，实现共同的目标。在进行系统设计的时候应该以各个机器人的控制要求，按照功能、时间等的不同划分为多个具有自主决策能力的智能体，且各智能体之间可以相互通信，彼此协调，共同完成复杂系统的控制任务。
        （三）虚拟现实技术
        虚拟现实技术是一种对事件的现实性从时间和空间上进行分解后重新组合的技术。这一技术包括三维计算机图形学技术、多功能传感器的交互接口技术以及高清晰度的显示技术。虚拟现实技术可应用于遥控机器人和临场感通讯等。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。虚拟现实技术可以模拟焊接过程。在计算机上先完成焊接过程，实现将工艺过程转化为数字化操作，再由数字化操作指导实际生产。通过建立生产加工的仿真模型研究制造活动，使用户在设计阶段能够了解产品未来焊接过程，实现对生产系统性能的有效预测评价。在仿真环境下的试运行，有利于进行多工艺方案比较，更有利于多机器人焊接轨迹的选取与优化。
        （四）智能化控制技术
        智能控制理论在单独运用的过程中会由于自身的因造成一些的缺陷，如拓扑结构、训练样本数等，因此如何将模糊控制理论和神经网络理论结合在一起，实现两者的互补，提高控制技术的精度，才能充分发挥焊接机器人智能控制的功能。
        四、结束语
        近年来，我国在焊缝跟踪、智能控制、信息传感、周边设备、离线编程与仿真技术、机器人弧焊电源与焊接工艺方法等方面进行了大量的研究与应用，取得了许多优秀的成果。随着计算机技术、网络化技术、智能机器人技术和人工智能理论的进一步发展，焊接机器人系统还有许多值得我们认真研究的问题，特别是焊接机器人智能化技术、虚拟现实技术和控制技术等方面将是未来研究的主要方向。
        参考文献
        [1]刘然,赵森.焊接机器人应用现状与技术发展探讨[J].中国新通信,2019,v.21(21):100-100.