焊接機(jī)器人智能化技術(shù)研究

楊本慶

摘 要：傳統(tǒng)的焊接機(jī)器人在焊接的過程中，容易受到焊接環(huán)境和焊接條件改變的影響，降低了機(jī)器人焊接的質(zhì)量，第一代與第二代的焊接機(jī)器人已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)制造業(yè)的需求。因此，需要大力發(fā)展智能化焊接機(jī)器人，應(yīng)用視覺控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，對(duì)傳統(tǒng)的焊接機(jī)器人進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，使其自行適應(yīng)焊接環(huán)境和條件的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造焊接領(lǐng)域的柔性化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人;智能機(jī)器人;智能技術(shù)

智能化焊接機(jī)器人是工業(yè)焊接生產(chǎn)未來發(fā)展的主要方向，由于人工焊接的失誤率較大，尤其是精密工件的焊接，需要非常高的精確度，而焊接機(jī)器人則解決了這一問題，其焊接效率與焊接精度高，并且可持續(xù)穩(wěn)定焊接，對(duì)于生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展大有裨益，使得生產(chǎn)制造業(yè)高度關(guān)注焊接機(jī)器人未來的發(fā)展。智能化技術(shù)在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步的提升了焊接機(jī)器人的性能，從而促進(jìn)焊接機(jī)器人在生產(chǎn)制造業(yè)中的深度應(yīng)用。

1.焊接機(jī)器人發(fā)展過程和現(xiàn)狀

1.1發(fā)展過程

焊接機(jī)器人在工業(yè)制造領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，其發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一代焊接機(jī)器人操作簡(jiǎn)便，采用的是示教焊接方式，無需使用環(huán)境模式，可自動(dòng)修正焊接誤差，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多。第二代焊接機(jī)器人，采用了少量的傳感器技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)離線編程，以形成對(duì)焊接操作的控制。第三代焊接機(jī)器人，運(yùn)用了多種傳感器技術(shù)，具有高度的適應(yīng)性，在接收到生產(chǎn)任務(wù)后，依據(jù)焊接環(huán)境和條件，自動(dòng)編制焊接程序，人工操作較少，具有典型的智能化特征。

1.2發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，智能焊接機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)，運(yùn)用了模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由計(jì)算機(jī)終端作為控制中心，通過通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行智能化的控制。而且還將其他先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)融入到智能化焊接機(jī)器人的系統(tǒng)中，像圖像處理、人工智能、自動(dòng)化技術(shù)等。工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)更新較快，逐漸向著大型化和復(fù)雜化發(fā)展，需要更為先進(jìn)的智能焊接機(jī)器人，運(yùn)用分布式人工智能技術(shù)和多智能體系統(tǒng)對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行升級(jí)改造，提高了焊接機(jī)器人的智能化程度，進(jìn)而促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率的提升。

2.焊接機(jī)器人智能化技術(shù)分析

2.1視覺控制技術(shù)

視覺控制相當(dāng)于焊接機(jī)器人的眼睛，其具有圖像采集功能，然后將采集到的圖像傳輸至圖像處理中心，對(duì)圖像中的內(nèi)容進(jìn)行提取，通過提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最后將計(jì)算結(jié)果反饋給控制中心，控制中心再將信息發(fā)送至末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)高精度的焊接操作。焊接機(jī)器人使用視覺控制技術(shù)后，由機(jī)器人自行判斷焊接操作，不需要提前進(jìn)行焊接參數(shù)和軌跡的設(shè)置，省去了中間編程環(huán)節(jié)，保證焊接精度的同時(shí)，提高了焊接的效率。

視覺控制技術(shù)中還有一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，就是視覺測(cè)量技術(shù)，其是視覺控制的前提，在機(jī)器人焊接時(shí)，采用了直接視覺傳感，在不接觸焊接工件的情況下，將焊接信息反饋至圖像處理中心，不會(huì)對(duì)焊接操作產(chǎn)生任何影響，提取的信息準(zhǔn)確并且全面，實(shí)用性良好。目前焊接機(jī)器人視覺測(cè)量系統(tǒng)使用了激光視覺技術(shù)，該系統(tǒng)的成本低，信息采集全面，自適應(yīng)性良好，并且激光視覺傳感器使用了主動(dòng)性視覺三角形，可排除焊接過程中的外部干擾，不受高溫影響，在焊接環(huán)境不良的情況下，可獲取焊接現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確的信息，使得該項(xiàng)技術(shù)在智能化焊接機(jī)器人中得到了良好的運(yùn)用。

2.2模糊控制技術(shù)

模糊控制技術(shù)使用了模糊數(shù)學(xué)理論，將模糊推理、模糊關(guān)系、模糊決策等運(yùn)用到焊接機(jī)器人的系統(tǒng)中，其是比較典型的智能化技術(shù)。焊接機(jī)器人的焊接軌跡多變，具有時(shí)變性的特征，所以無法使用精度高的數(shù)學(xué)模型，而模糊控制技術(shù)采用了模糊數(shù)學(xué)理論，具有自適應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，可對(duì)焊接操作進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。焊接機(jī)器人的模糊控制器就是應(yīng)用模糊控制技術(shù)制作的，使其具備了人的直覺，可準(zhǔn)確進(jìn)行焊接的判斷，然后作出焊接方式上的調(diào)整，并且現(xiàn)階段模糊控制器的通用性良好。

模糊控制技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中存在著一定的不足，其采用的是數(shù)學(xué)模糊理論，綜合控制能力薄弱，一旦焊接過程中出現(xiàn)了變動(dòng)，將會(huì)直接影響到焊接的質(zhì)量。第一，精度不夠，模糊控制表需要通過多次的調(diào)整和優(yōu)化才能投入使用，由于其均檔級(jí)的限制，降低了焊接的精度，一般會(huì)采取調(diào)整量化等級(jí)數(shù)目的方式解決這一問題，然而查詢表占用系統(tǒng)空間過多，使得系統(tǒng)運(yùn)行速度變慢，計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)。第二，自適應(yīng)薄弱，模糊控制器的各項(xiàng)參數(shù)在設(shè)定后，參數(shù)將無法進(jìn)行調(diào)整，一旦在焊接過程中，工件發(fā)生變化，其還會(huì)按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行操作，其對(duì)一些參數(shù)變化反應(yīng)不夠靈敏，使得其自適應(yīng)性較差;第三，振蕩問題，如果模糊控制表設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，或者是比例因子設(shè)置錯(cuò)誤，都是引起機(jī)器人振蕩的主要原因。

2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)中的焊接操作本身較為復(fù)雜，并且具有不確定性，容易受到多種因素的影響，需要焊接機(jī)器人更加的智能化，以適應(yīng)焊接過程的時(shí)變性和眾多的干擾因素。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與人腦功能有些相似，也可以說是模仿人腦功能而研發(fā)的一種智能化技術(shù)，使用軟件、計(jì)算機(jī)打造一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)了大量的焊接知識(shí)和焊接經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)具有一定的學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程的跟蹤監(jiān)測(cè)和智能化控制。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分布式存儲(chǔ)信息，信息存儲(chǔ)量非常大，而且還使用了并行處理技術(shù)，容錯(cuò)性非常好，對(duì)焊接過程進(jìn)行聯(lián)想和推理，然后做出正確的判斷，進(jìn)一步提高了焊接機(jī)器人的智能化水平。在數(shù)據(jù)處理上，其與專家系統(tǒng)有著很大的差異，第一，人工智能系統(tǒng)可自行學(xué)習(xí)，并儲(chǔ)備了龐大的焊接知識(shí)，可從實(shí)際的焊接操作中，學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗(yàn)，不需要專業(yè)人士的輔助;第二，對(duì)源數(shù)據(jù)要求不是很高，可在數(shù)據(jù)不精確的情況下，進(jìn)行準(zhǔn)確的焊接控制。目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用，使用的是基于BP算法的前饋式多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)是其可確保有效收斂，缺點(diǎn)是收斂速度慢。

2.4嵌入式控制技術(shù)

智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，使得生產(chǎn)制造業(yè)對(duì)焊接機(jī)器人的智能化要求逐漸提高，促使焊接機(jī)器人的體積逐漸變小，焊接反應(yīng)更加靈敏，并且可保證焊接的效率和精度。嵌入式控制器就是其中的典型，其體積較小、方便攜帶、焊接質(zhì)量好，在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中得到了良好的應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的功能，可以替代原有的微處理器。嵌入式控制器具有實(shí)時(shí)顯示功能，使用鍵盤輸入數(shù)據(jù)后，會(huì)立即通過液晶顯示器進(jìn)行顯示，操作人員可對(duì)焊接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)干預(yù)，增強(qiáng)了焊接機(jī)器人系統(tǒng)的靈活性，與以往的控制器相比，其具有如下的優(yōu)勢(shì)，第一，體積小，計(jì)算機(jī)是控制器的幾十倍;第二，成本低，嵌入式控制器體積小，去除了一些不用的部件，可根據(jù)焊接需求進(jìn)行定制，經(jīng)濟(jì)效益明顯，并且控制器的性能也得到了保證;第三，功耗小，體積小功耗自然就小，攜帶方便，可進(jìn)行室外焊接。經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，與模糊控制器相比，嵌入式控制器的功能性較為突出，實(shí)現(xiàn)了在線檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器人焊接上的錯(cuò)誤，極大提升了焊接的質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)：當(dāng)下，智能化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到更高的層次，使得智能化技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，而且5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，進(jìn)一步提高了當(dāng)代的智能化水平。智能化技術(shù)在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用，在提高焊接精度和焊接效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了焊接操作的智能化控制，無需過多的人工干預(yù)，焊接機(jī)器人可自行調(diào)整焊接過程，極大的節(jié)約了生產(chǎn)制造業(yè)的人力成本，有利于生產(chǎn)制造業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

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（云南技師學(xué)院（云南工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院），云南 昆明 650300）