焊接机器人概述

杜建都

东北石油大学机械科学与工程学院  黑龙江 大庆  163318

摘要：焊接广泛应用于汽车、航空、船舶、建筑等领域。传统的手工焊接存在效率低、质量难以保证等问题，因此近年来焊接机器人逐渐成为焊接领域的热门话题。焊接机器人通过使用先进的传感器、控制系统和程序设计，能够自动化执行多种焊接任务，提高生产效率，减少成本，提高产品质量。随着人工智能和机器人技术的不断发展，焊接机器人也在不断演进和改进，成为焊接生产中的重要力量。在本文中，我们将探讨焊接机器人的背景、技术特点、存在的问题，以便更好地了解焊接机器人在现代制造业中的重要性和应用前景。

关键词：焊接器，机器人，控制

1. 焊接器机器人产生的背景及意义

1.1 背景

自从进入21世纪以来，国内外都日益重视机器人技术的发展。机器人加工技术作为未来高新产业与技术，对于发展经济技术具有重要的现实意义。在第七框架计划中，欧盟国家计划了“认知系统与机器人技术”研究、美国开启了“机器人计划”。在国家高技术研究发展计划与重大专项等计划中，中国彰显出更加重视机器人技术的研究。

1.2 意义

焊接机器人可以稳定和提高焊接质量，保证其均匀性；改善了劳动条件；提高劳动生产率；产品周期明确，容易控制产品产量；缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。

2. 焊接机器人系统的典型原理和结构

焊接机器人属于工业机器人，具有焊接、切割以及喷涂等多种用途，其突出的特点是焊接质量稳定性高，可以大幅度提升作业效率，能够重复编程。主要包括以下部分。

（1）机器人本体，一般是伺服电机驱动的6轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证机械手末端(焊枪)所要求的位置、姿态和运动轨迹。

（2）机器人控制柜，它是机器人系统的神经中枢，包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。

（3）焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等。

（4）焊接传感器及系统安全保护设施。

（5）焊接工装工具。

3. 焊接机器人系统的关键技术

焊接机器人之所以能够在工业生产及其他领域中得到广泛应用，与其自身所具备的诸多优势有着密不可分的关联。这些优势源于各种先进的技术支持。

3.1 机器人离线编程和路径规划技术

机器人离线编程系统是机器人编程语言的拓广，它利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的模型，利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行轨迹规划，进而产生机器人程序。

3.2 焊接机器人系统仿真技术

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，计算难度大。

3.3 机器视觉技术

机器视觉技术是一项较为先进的信息技术，能够用计算机模拟人的视觉功能，从图像中提取有价值的信息，经过处理后用于检测和控制。

另外，研究过程中还发现，噪声与弧光干扰越小，捕获的图像越清晰。其中：干扰主要与激光器的功率P、过滤器的波长λ、工件与摄像机之间的距离d1以及特征点与焊池的距离d2等因素有关。

3.4 专用弧焊电源技术

在焊接机器人系统中，电气性能良好的专用弧焊电源直接影响焊接机器人的使用性能。目前，弧焊机器人一般采用熔化极气体保护焊或非熔化极气体保护焊，熔化极气体保护焊焊接电源主要使用晶闸管电源和逆变电源。

3.5 模糊控制技术

模糊控制是一种非线性控制的智能控制方法，是依托模糊数学中的模糊关系开展模糊推理，并根据推理结果进行模糊决策来达到控制目的的控制技术。在复杂系统中，模糊控制具有显著效果。

3.6 焊缝跟踪技术

主要有焊前示教型跟踪、焊接在线或离线的纠偏以及焊接机器人自主跟踪。示教型跟踪是在工作前控制焊枪顺着焊缝的轨迹预走一次，同时对焊缝结构的位姿信息进行记录，在焊接过程中机器人根据记录好的位姿信息控制焊枪对准焊缝。

4. 存在的问题

现阶段，大部分使用的焊接机器人都是单机工作的，缺少网络链接技术应用，机器人缺少网络控制的功能，因而只能是进行单一的、重复的工作。在最初，研发焊接机器人就是为了焊接工艺设立的，导致其结构系统较为单一化，无法在其他方面充分应用。在焊接机器人进行工作时，传感器发挥了巨大的作用，通过传感器，可以控制焊接机器人的工作位置、工作速度等，同时，为了确保部分焊接点位的精确度，还会在焊接机器人上配备压力传感器、激光传感器等。传感器在机器人焊接检测方面举足轻重，但目前市场化的传感器在焊接恶劣的环境下，检测功能大打折扣，同时在焊接头狭小的空间安装传感器几乎不可能，传感器本身也存在功能单一、型号多样化，不能很好的进行串口对接，因此未来焊接用的传感器在小型化方面、缩减成本方面、智能化研究方面应该有所突破。

5. 总结

综上所述，在目前的工业制造过程中，焊接机器人的应用具有十分显著的效果，特别是在汽车制造等方面，焊接机器人技术得到了广泛的应用，在未来的发展过程中，人工智能化、环保化是焊接研发焊接机器人的主要发展方向，对焊接机器人的操作结构、控制系统进行优化，能够有效地提升焊接机器人的工作效率和工作质量，使自动焊接技术的发展迈入一个新的里程。如何将最新的科研成果应用到焊接机器人上，将是未来焊接技术的主要方向。

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