焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

李肖 孫浩 劉建銀

摘 要：據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械制造領(lǐng)域中，用于焊接加工的機(jī)器人占據(jù)了整個(gè)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中的半壁江山。這些焊接機(jī)器人中有的是為某種焊接方式專門設(shè)計(jì)的，而大多數(shù)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是通用的工業(yè)機(jī)器人裝上某種焊接工具而構(gòu)成的。在多任務(wù)環(huán)境中，一臺機(jī)器人甚至可以完成包括焊接在內(nèi)的抓物、搬運(yùn)、安裝、焊接和卸料等多種任務(wù)。本文就焊接機(jī)器人現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢展開分析和探討。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人：現(xiàn)狀：發(fā)展趨勢

有著“工業(yè)裁縫”之稱的焊接，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高質(zhì)量產(chǎn)品的需求量大大地增加了，同時(shí)也對焊接技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的手工焊接技術(shù)在質(zhì)量和效率上已經(jīng)無法滿足當(dāng)今產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，所以焊接的自動化逐漸為世人所重視起來。焊接機(jī)器人可以使我國的制造業(yè)不斷地進(jìn)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(jī)器人的產(chǎn)生，已經(jīng)成為現(xiàn)代化與自動化的一大標(biāo)志。

1.我國焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

我國在焊接機(jī)器人領(lǐng)域的研究起步非常晚，最早是在20世紀(jì)70年代開始的，與美國、日本以及歐洲一些制造業(yè)強(qiáng)國相比，我國在焊接機(jī)器人領(lǐng)域的研究還非常落后。近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化趨勢的發(fā)展，我國也接觸到了許多先進(jìn)的焊接機(jī)器人技術(shù)，對我國相關(guān)技術(shù)的研究與發(fā)展起到了推動作用，但其發(fā)展速度較為緩慢，仍然與國外具有較大差距。再加上受我國廉價(jià)人工勞動力的影響，一些企業(yè)不愿意花費(fèi)大量的資金進(jìn)行焊接機(jī)器人的研究。這使得我國焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展受到了嚴(yán)重的制約。

近年來，我國在焊接機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的研究過程中，越來越重視機(jī)器人軟件開發(fā)與編程功能，進(jìn)而使得焊接機(jī)器人的系統(tǒng)操作性和離線編程功能大大增強(qiáng)。如今，在初次引進(jìn)焊接機(jī)器人之后，相關(guān)單位越來越重視對本單位技術(shù)人員的培養(yǎng)，通過利用供應(yīng)商的售后服務(wù)，并與技術(shù)相對成熟的企業(yè)、研究所共同對焊接機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試，大大縮短了機(jī)器人的安裝、調(diào)試周期，使其盡快投入生產(chǎn)。

焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)制造過程中，有一部分是為了完成特種焊接技術(shù)而專門制選和生產(chǎn)的，這種機(jī)器人是在傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的基陸上，進(jìn)行升級和改造得到的，通過對其加裝各種專用的焊接沒備，使其能夠順利完成特種焊接任務(wù)。同時(shí)我國目前應(yīng)用的焊接機(jī)器人除了具備焊接功能之外，還具有搬取貨物、運(yùn)輸?shù)裙δ埽蟠筇岣吡讼嚓P(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2.焊接機(jī)器人發(fā)展趨勢

目前國際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢看，焊接機(jī)器人和其他工業(yè)機(jī)器人一樣，在不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展。具體而言，表現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)

該技術(shù)是一種包括多功能傳感器交互接口技術(shù)。3D電腦圖形學(xué)技術(shù)、高清顯示技術(shù)于一體的，能夠?qū)κ录默F(xiàn)實(shí)性從時(shí)間和空間上進(jìn)行分析，然后重新整合的技術(shù)，主要被用于遙控機(jī)器人和臨場感通訊等方面。除此之外。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能感被應(yīng)用于模擬焊接的過程，因此其可以在工件的實(shí)際焊接工作之前，使用電腦等數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行模擬焊接。再利用經(jīng)過模擬與檢測的數(shù)字化焊接過程，來指導(dǎo)實(shí)際的焊接工作。這樣虛擬的操作過程可以讓操作人員在尚未開始正式的焊接之前，就可以了解相關(guān)產(chǎn)品的屬性、細(xì)節(jié)，并對所能達(dá)到的效果進(jìn)行系統(tǒng)性的評估。此外其可以進(jìn)行不同工藝的焊接效果比較。以便能夠?yàn)檎鎸?shí)的焊接工作選取最佳的焊接方式與材料?？梢灶A(yù)見的是，該項(xiàng)技術(shù)將在未來伴隨信息化、網(wǎng)絡(luò)化及科技化的不斷發(fā)展，而大面積地應(yīng)用于焊接工藝當(dāng)中。

2.2 機(jī)器人傳感技術(shù)

機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置，速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了激光傳感器﹑視覺傳感器和力傳感器，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。

遙控機(jī)器人則采用視覺，聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)，來進(jìn)行環(huán)境建模和決策控制，為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性、非平穩(wěn)和非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。

2.3 多智能焊接機(jī)器人系統(tǒng)

對于一些復(fù)雜的焊接件，需要多臺焊接機(jī)器人相互配合，共同完成相互關(guān)聯(lián)的焊接任務(wù)，最終完成焊接操作。多臺焊接機(jī)器人工作很容易實(shí)現(xiàn)，但是多臺機(jī)器人同時(shí)完成一個(gè)焊接任務(wù)時(shí)，需要焊接機(jī)器人柔性化地集成起來，每臺機(jī)器人分工明確，協(xié)調(diào)好各臺機(jī)器人的工作，各臺機(jī)器人的信息交互要流暢，避免在執(zhí)行焊接操作任務(wù)時(shí)發(fā)生碰撞等問題，反而使效率大打折扣，得不償失。

2.4 移動機(jī)器人

目前投入使用的焊接機(jī)器人大多數(shù)為固定式或者是單個(gè)機(jī)械臂，這在實(shí)際的焊接生產(chǎn)中，會產(chǎn)生諸多不便。焊接機(jī)器人的可達(dá)范圍受到很大程度的限制，一方面如果機(jī)械臂伸出過遠(yuǎn)，會導(dǎo)致其剛度有下降的可能性，加之其末端執(zhí)行器要負(fù)載自動焊槍，致使在焊接過程中會產(chǎn)生輕微的抖動，容易造成焊接電弧不穩(wěn)，保護(hù)氣體保護(hù)效果下降，這對焊接質(zhì)量的影響是很大的。另一方面采用多臺機(jī)器人焊接會增加成本，并且要保證各機(jī)器人之間能夠柔性地集成在一起，這都增加了工作量。移動機(jī)器人還有一些問題亟待解決，如噪音、震動、機(jī)器人通訊、運(yùn)動精度等。如果移動機(jī)器人能夠得到廣泛應(yīng)用，將是焊接行業(yè)革命性的進(jìn)步，將是未來研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。

2.5 機(jī)器人遙控和監(jiān)控技術(shù)

在一些諸如核輻射﹑深水、有毒等高危險(xiǎn)環(huán)境中，進(jìn)行焊接或其他作業(yè)，需要有遙控的機(jī)器人代替人工工作。當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自動系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，可通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。

3.結(jié)論

焊接機(jī)器人作為制造業(yè)升級變型的重要標(biāo)志已經(jīng)得到了國家的高度重視，政府加大政策和資金支持促使焊接機(jī)器人得到飛速地發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)等的發(fā)展，引進(jìn)及吸收先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，焊接機(jī)器人技術(shù)會快速走向成熟，提升我國的制造業(yè)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]王彩鳳，丁志遠(yuǎn)，雷寧寧，王國帥.焊接機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].金屬加工（熱加工）. 2020（06）

[2]謝小寶，林健力.焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè). 2018（06）

[3]談成成.焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2017（20）

[4]劉丹，鄭博方，王帥，李洋，羅震.機(jī)器人焊接關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].金屬加工（熱加工）. 2020（02）

[5]楊立勇.焊接機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用[J].信息記錄材料. 2020（01）

[6]霍厚志，張?zhí)枺艈⒑?，黃勝利，仇一晨.我國焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢[J].焊管. 2017（02）

作者簡介：

李肖（1987-11—）男、漢族、山東濟(jì)寧人，本科學(xué)歷、小松山推工程機(jī)械有限公司職員，焊接自動化 ;

孫浩（1989-11—），男，漢族，山東濟(jì)寧人，本科學(xué)歷，小松山推工程機(jī)械有限公司職員，助理工程師;

劉建銀（1986-10—），男，漢族，山東濟(jì)寧人，本科學(xué)歷，小松山推工程機(jī)械有限公司職員，助理工程師。

（小松山推工程機(jī)械有限公司， 山東 濟(jì)寧 272000）