焊接機器人應(yīng)用現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢

謝小寶 林健力

廣州市藍天技工學(xué)校，廣東 廣州 5100663

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的科技也在不斷地進步，這就對我國的焊接機器人發(fā)展有著很大的帶動作用。焊接機器人可以使我國的制造業(yè)不斷地進步，隨著現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)的水平越來越高，焊接的自動化以及智能化已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，對于焊接技術(shù)來講，焊接機器人的產(chǎn)生，已經(jīng)成為現(xiàn)代化與自動化的一大標志[1]。本文基于焊接機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢進行相關(guān)的研究，希望能夠?qū)ξ覈附訖C器人的發(fā)展做出一份力所能及的貢獻。

1 焊接機器人的發(fā)展歷程

就目前的發(fā)展來說，焊接機器人的發(fā)展歷程主要分為三個階段，在1959年第一臺焊接機器人在美國被生產(chǎn)出來，焊接機器人也由此進入了第一個階段。處于第一個階段的焊接機器人只是滿足基本的生產(chǎn)需要，并不能對未知的環(huán)境進行感應(yīng)，也不會對外界的條件進行反饋，對于環(huán)境的變化，無法更好地適應(yīng)。對于現(xiàn)代化的生產(chǎn)工作來說，這種機器人會受到非常大的限制，在這一階段的機器人也被人們稱為第一代示教再現(xiàn)型機器人，隨著科技的不斷進步，以及人們需求的不斷增長，焊接機器人也進入了第二階段，對于第二階段的機器人來說，在進行工作的過程中，它是具備聽覺、視覺、觸覺等一系列功能的，它對外界會有很大的感知能力，這樣一來也可以使焊接機器人可以通過自身感知的信息來更好地對工作狀態(tài)進行調(diào)整，以便能夠適應(yīng)各種環(huán)境，相對于第一代機器人來說，它可以更好地融入工作環(huán)境中去，這一代機器人被人們稱為有感知能力的機器人[2]。隨著科技的不斷進步，以及制造業(yè)的不斷提高，對于焊接行業(yè)的要求也越來越高，這個時候人們就開始對機器人進行研制，機器人開始進入第三階段。第三階段的機器人不僅僅具備第二階段機器人所擁有的感知能力，他還有獨立判斷、行動以及記憶和推理的能力，相對于第二階段的機器來說，它能更好地適應(yīng)環(huán)境，并且與環(huán)境相協(xié)調(diào)，針對環(huán)境的不同來選擇合適的工作狀態(tài)，第三代機器人也能夠完成更加復(fù)雜和煩瑣的動作，與此同時，如果第三代機器人出現(xiàn)了故障，那么他還可以進行自動的診斷和修復(fù)，這個階段的焊接機器人，被人們稱為第三代智能型機器人。

就目前我國科技以及經(jīng)濟的發(fā)展來說，國內(nèi)外大量生產(chǎn)的機器人，從系統(tǒng)上來說，都是屬于第一代或者是第二代的機器人，這些機器人缺乏環(huán)境的適應(yīng)能力，它們的工作都是通過事先設(shè)置實際作業(yè)條件或者是預(yù)先設(shè)置系統(tǒng)才完成的，在進行工作的時候，會有著很多的缺點[3]。但是隨著時代的進步以及計算機的控制技術(shù)、人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接也在不斷進行著轉(zhuǎn)變，他會由單一的單機示教再現(xiàn)型，轉(zhuǎn)化為智能型的焊接機器人（圖1）。

圖1 智能型焊接機器人

2 焊接機器人的研究現(xiàn)狀

2.1 焊接技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計

焊接機器人在焊接的過程中需要有控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備的幫助, 才能完成焊接作業(yè), 一般焊接機器人有操作機、上位控制器和焊接輔助設(shè)備組成，具體系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示。

圖2 焊接機器人組成結(jié)構(gòu)

2.2 跟蹤技術(shù)

對于焊接技術(shù)來說，在進行焊接的過程中會受到很多不確定因素的影響，例如在進行焊接的過程中，可能會產(chǎn)生非常強烈的弧光以及飛濺的狀況，在焊接時，焊接的熱效應(yīng)也會使工件發(fā)生變形等因素對焊接的干擾，這都會破壞整個過程的穩(wěn)定性，嚴重的情況下，還可能會導(dǎo)致焊接的過程中出現(xiàn)偏離焊縫的狀況，這對于焊接的質(zhì)量來說是十分不利的。如果想要對這種問題進行解決，那么就要對焊縫進行實時的跟蹤工作。通過實時跟蹤來掌握焊縫的條件，根據(jù)條件的不斷變化，來對焊接的參數(shù)以及路徑進行調(diào)整，防止在進行焊接的過程中產(chǎn)生偏差，滿足整個焊接的質(zhì)量要求。在進行焊縫跟蹤的過程中，我們主要是通過電弧傳感器來感知電弧的變化，與此同時采用電弧的反饋調(diào)節(jié)機制，來對焊炬進行上下的調(diào)整，尋找焊縫，使焊炬能夠跟隨焊縫來進行自我的控制工作，再通過自我的調(diào)整來實現(xiàn)最終的質(zhì)量控制[4]。另外，通過視覺的傳感器結(jié)合計算機的視覺成像技術(shù)，也可以使人們獲得大量信息，通過這些信息來增強焊接機器人的外部適應(yīng)能力。另一方面，伴隨著模糊視覺與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷地發(fā)展，焊縫跟蹤系統(tǒng)也不斷加強，這樣一來，也能夠使焊縫的跟蹤系統(tǒng)更加的智能化和自動化。

2.3 弧焊電源的研究

人們在對焊接機器人的不斷研究和發(fā)展中，對于弧焊電源的研究也沒有忽視。對于焊接機器人來說，它作為一種電器可以作為弧焊電源的支持動力，起到非常大的作用[5]。對于機器人來說，專用的弧焊電源的電氣性能是否良好，也會對焊接機器人產(chǎn)生非常大的影響，電氣性能良好的弧焊電源，才能使焊接機器人發(fā)揮出更高質(zhì)和高效的特點。近些年來，弧焊電源的技術(shù)也逐漸地發(fā)展和完善，它可以采用非常優(yōu)良的焊接動特性來保證焊接的質(zhì)量以及焊接的效率。對于弧焊電源來說，它正不斷地向數(shù)字化的方向發(fā)展，這樣一來也可以使焊接的過程更加穩(wěn)定，使焊接受到的影響不斷減小，數(shù)字化的電源會成為焊接質(zhì)量的保證，同時也是焊接發(fā)展的新方向。

3 發(fā)展趨勢

3.1 虛擬現(xiàn)實

在焊接機器人發(fā)展的過程中，虛擬現(xiàn)實作為一種較為新穎的發(fā)展方向，也使焊接機器人有著更高水平的發(fā)揮。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種3D電腦圖形的新型技術(shù)，與此同時，它利用多功能的傳感器和高清的顯示技術(shù)，在空間上和時間上對其進行分解和重新組合。虛擬現(xiàn)實的技術(shù)還可以應(yīng)用到焊接的過程模擬中去，人們可以通過這種技術(shù)使設(shè)備在進行焊接之前，在電腦上完成數(shù)字化的焊接過程，再用數(shù)字化的焊接，來指導(dǎo)實際的焊接工作。通過這樣的仿真教學(xué)過程，可使用戶還沒有進行實際的焊接工作之前，就可以對未來產(chǎn)品的實際情況進行了解，從而進行預(yù)測和評價。在實際的操作之前，進行仿真的實驗，也可以對各種的工藝方案進行比較，選擇更佳的方案來進行制作，然后選取更加優(yōu)化的方案讓機器人來進行焊接[6]。

3.2 控制系統(tǒng)

對于焊接機械來說，更加開放式和模塊化的控制系統(tǒng)，是未來機器人發(fā)展的研究方向，相對于其他的熱點研究，電源的控制系統(tǒng)將會更加標準化和網(wǎng)絡(luò)化，利用離線的編程實用化也是未來焊接機器人的發(fā)展方向，以及編程技術(shù)的研究重點。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)如今技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接技術(shù)的自動化將是未來工業(yè)發(fā)展的重點，對于焊接技術(shù)自動化來說，焊接機器人的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢將是十分重要的，相關(guān)部門也要著重的對焊接機器人的技術(shù)進行研究，使我國的工業(yè)發(fā)展得越來越好。