我国焊接机器人研究现状及发展动态

1、.：.；我国焊接机器人研讨现状及开展动态目录摘要关键字1、运用焊接机器人的意义 2、焊接机器人的技术研讨2.1踪技术的研讨 2.2多机器人协调控制技术的研讨 2.3仿真技术的研讨 2.4 遥控焊接技术的研讨 2.5激光/电弧复合焊接技术 2.6用弧焊电源的研讨 2.7机器人用焊接工艺方法的研讨3、焊接机器人的技术展望 3.1视觉控制技术 3.2模糊控制技术 3.3 神经网络控制技术 3.4嵌入式控制技术的运用4、焊接机器人开展趋势终了语摘要：焊接是制造业中重要的加工工艺方法之一，由于诸多飞速开展着的要素的推进，焊接制造工艺正阅历着从手工焊到自动焊的过渡。焊接过程自动化、机器人化以及智能化已成为

2、焊接行业的开展趋势，智能化焊接技术已成为焊接界研讨的新热点。传统的焊接工艺实施主要依托手工操作和人工阅历，具有环境恶劣、劳动强度高、消费效率低、产质量量不稳定的特点，难以实现高精度的焊接要求。随着计算机与自动化技术的浸透，曾经由传统的手任务业逐渐开展成一定规模的机械化、自动化以及机器人焊接制造。由于焊接机器人具有高效率、质量稳定、通用性强、任务可靠的优点，遭到人们越来越多的注重。在焊接消费中采用机器人技术，可以提高消费率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现小批量产品的焊接自动化。采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。目前，国内外大量运用的焊接机器人系统，从整体上看根本都属于示

3、教再现型的焊接机器人。这类焊接机器人对焊接作业条件的稳定性要求严厉，焊接过程中缺乏“柔性和顺应性，表现出明显的缺陷。为了抑制机器人焊接过程中各种不确定性要素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化程度和任务的可靠性，研讨探求智能化焊接机器人的关键技术已成为必需。为了改良示教再现型焊接机器人的顺应功能，需求从模拟焊工察看觉得、思索决策、以及协调操作等人工智能行为入手，研讨智能焊接机器人的关键技术，并开展智能型的焊接机器人，推进机器人焊接的智能化程度提高。关键字： 焊接 柔性 跟踪 调控 高精度 自动化1、运用焊接机器人的意义 焊接机器人之所以可以占据整个工业机器人总量的40%以上，与焊接这个特殊

4、的行业有关，焊接作为工业“裁缝，是工业消费中非常重要的加工手段，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的任务环境又非常恶劣，焊接质量的好坏对产质量量起决议性的影响。归纳起来采用焊接机器人有以下主要意义： 1稳定和提高焊接质量,保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决议作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的要素影响较小,降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。 2改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和

5、飞溅等，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳，使工人从大强度的膂力劳动中解脱出来。 3提高劳动消费率。机器人没有疲劳，一天可24小时延续消费，另外随着高速高效焊接技术的运用，运用机器人焊接，效率提高的更加明显。 4产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的消费节拍是固定的，因此安排消费方案非常明确。 5可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以经过修正程序以顺应不同工件的消费。 2、焊接机器人的技术研讨机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而构成的高新技术，当前对机器人技术的研讨非常活

6、泼。从目前国内外研讨现状来看，焊接机器人技术研讨主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与途径规划技术、多机器人协调控制技术、公用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等方面。2.1 焊缝跟踪技术的研讨焊接机器人施焊过程中，由于环境要素的影响，如：强弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口情况、加工误差、夹具装夹精度、外表形状和工件热变形等，实践焊接条件的变化往往会导致焊炬偏离焊缝，从而呵斥焊接质量下降甚至失败。焊缝跟踪技术的研讨就是根据焊接条件的变化要求弧焊机器人可以实时检测出焊缝的偏向，并调整焊接途径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。焊缝跟踪技术的研讨以传感器技术与控制实

7、际方法为主， 其中传感技术的研讨又以电弧传感器和光学传感器为主。电弧传感器是从焊接电弧本身直接提取焊缝位置偏向信号，实时性好，焊枪运动灵敏，符合焊接过程低本钱自动化的要求，适用于熔化极焊接场所。电弧传感的根本原理是利用焊炬与工件间隔 的变化而引起的焊接参数变化，来探测焊炬高度和左右偏向。电弧传感器普通分为三类：并列双丝电弧传感器、摆动电弧传感器、旋转式扫描电弧传感器，其中旋转电弧传感器比前两者的偏向检测灵敏度高，控制性能较好。光学传感器的种类很多，主要包括红外、光电、激光、视觉、光谱和光纤式，光学传感器的研讨又以视觉传感器为主，视觉传感器所获得的信息量大，结合计算机视觉和图像处置的最新技术，大

8、大加强弧焊机器人的外部顺应才干。激光跟踪传感具有优越的性能，成为最有出路、开展最快的焊接传感器。另一方面，由于近代模糊数学和神经网络的出现以及运用到焊接这个复杂的非线性系统中使得焊缝跟踪进入了智能焊缝跟踪的新时代。2.2多机器人协调控制技术的研讨多机器人系统是指为完成某一义务由假设干个机器人经过协作与协调组合成一体的系统。它包含两方面的内容，即多机器人协作与多机器人协调。当给定多机器人系统某项义务时首先面临的问题是如何组织多个机器人去完成义务，如何将总体义务分配给各个成员机器人，即机器人之间怎样进展有效地协作。当以某种机制确定了各自义务与关系后，问题变为如何坚持机器人间的运动协调一致，即多机器

9、人协调。对于由紧耦合子义务组成的复杂义务而言，协调问题尤其突出。智能体技术是处理这一问题的最有力的工具，多智能体系统是研讨在一定的网络环境中，各个分散的、相对独立的智能子系统之间经过协作，共同完成一个或多个控制造业义务的技术。多机器人焊接的协调控制是目前的一个研讨热点问题。2.3仿真技术的研讨机器人在研制、设计和实验过程中，经常需求对其进展运动学、动力学性能分析以及轨迹规划设计，而机器人又是多自在度、多连杆空间机构，其运动学和动力学问题非常复杂，计算难度很大。假设将机械手作为仿真对象，运用计算机图形技术 技术和机器人学实际在计算机中构成几何图形，并动画显示，然后对机器人的机构设计、运动学正反解

10、分析、操作臂控制以及实践任务环境中的妨碍避让和碰撞干涉等诸多问题进展模拟仿真，就可以处理研发过程中出现的问题。2.4 遥控焊接技术的研讨遥控焊接是指人在分开现场的平安环境中对焊接设备和焊接过程进展远程监视和控制，从而完成完好的焊接任务。在核电站设备的维修、海洋工程建立以及未来的空间站建立中都要用到焊接，这些环境中的焊接任务不适宜人类亲临现场，而目前的技术程度还不能够实现完全的自主焊接，因此需求采用遥控焊接技术。目前美国、欧洲、日本等国对遥控焊接进展了深化的研讨，国内哈尔滨工业大学也正在进展这方面的研讨。2.5激光/电弧复合焊接技术 激光/电弧复合焊接技术是激光焊接与气体维护焊的结合，两种焊接热

11、源同时作用于一个焊接熔池。该技术的研讨最早出如今20世纪70年代末，但由于激光器的昂贵价钱，限制了其在工业中的运用。随着激光器和电弧焊设备性能的提高，以及激光器价钱的不断降低，同时为了满足消费的迫切需求，激光/电弧复合焊接技术近年来成为焊接领域最重要的研讨课题之一。 激光/电弧复合焊接技术有多种方式的组合，有激光/TIG、激光/MAG和激光/MAG等。 激光/电弧复合焊接技术之所以遭到青睐是由于其兼各热源之长而补各自之短，具有1 12或更多的“协同效应。与激光焊接相比，对装配间隙的要求降低，因此降低了焊前工件制备本钱；另外由于有填充焊丝消除了激光焊接时存在的固有缺陷，焊缝更加致密。与电弧焊相比

12、提高了电弧的稳定性和功率密度，提高了焊接速度和焊缝熔深，热影响区变小，降低了工件的变形，消除了起弧时的熔化不良缺陷。在这点上特别适宜铝及其合金的焊接。 激光/电弧复合焊接技术是对激光焊接的艰苦开展，焊接同样板厚的资料可降低激光功率一半左右，因此大大降低了企业的投资本钱，该技术的开展对推进激光焊接的普及将起重要的作用。2.6用弧焊电源的研讨在焊接机器人系统中，电器性能良好的公用弧焊电源直接影响焊接机器人的运用性能。目前，弧焊机器人普通采用熔化极气体维护焊MIG 焊、MAG 焊、CO 焊或非熔化极气体维护焊TIG、等离子弧焊方法，熔化极气体维护焊焊接电源主要运用晶闸管电源与逆变电源。近年来，弧焊逆

13、变器的技术已趋于成熟，机器人用的公用弧焊逆变电源大多为单片微机控制的晶体管式弧焊逆变器，并配以精细的波形控制和模糊控制技术任务频率在 2050 KHZ，最高的可达200HZ，焊接系统具有非常优良的动特性，非常适宜机器人自动化和智能化焊接。还有一些特殊功能的电源，如适宜铝及其铝合金 TIG 焊的方波交流电源、带有专家系统的焊接电源等。目前有一种采用模糊控制方法的焊接电源，可以更好保证焊缝熔宽和熔深的根本一致，不仅焊缝外表美观，而且还能减少焊接缺陷。弧焊电源不断向数字化方向开展，其特点是焊接参数稳定，受网路电压动摇温升、元器件老化等要素的影响很小，具有较高的反复性，焊接质量稳定、成型良好。另外，利

14、用 DSP的快速呼应，可以经过主控制系统的指令准确控制逆变电源的输出，使之具有输出多种电流波形和弧压高速稳定调理的功能，顺应多种焊接方法对电源的要求。2.7机器人用焊接工艺方法的研讨 目前，弧焊机器人普遍采用气体维护焊方法，主要是熔化极气体维护焊，其次是钨极氩气维护焊，等离子弧焊、切割及机器人激光焊数量有限，比例较低。兴隆国家的弧焊机器人已普遍采用高速、高效气体维护焊接工艺，如双丝气体维护焊、T.M.E 焊、热丝TIG焊、热丝等离子焊等先进的工艺方法，不仅有效地保证了优良的焊接接头，还使焊接速度和熔敷效率提高数倍至几十倍。3、焊接机器人的技术展望为了顺应工业消费系统向大型、复杂、动态和开放方向

15、开展的需求，兴隆国家都在加大力度，对机器人技术进展深化研讨。从技术开展趋势看，智能化控制技术将是焊接机器人技术开展的主要方向。3.1视觉控制技术焊接机器人视觉控制技术是经过对焊接区图像进展采集产生视频信号送至图像处置机，对图像进展快速处置并提取跟踪特征参量，进展数据识别和计算，经过逆运动学求解得到机器人各关节位置给定值，最后控制高精度的末端执行机构，整机器人的位姿。视觉控制的关键在于视觉丈量，在焊接过程中视觉技术分为直接视觉传感和间接视觉传感两种方式。直接视觉传感技术是一种常用的非接触式传感方式，主要优点是不接触工件，不干扰正常的焊接过程，获取的信息量大，通用性强。早先，研讨人员直接利用电弧光

16、照射熔池前方的工件间隙获取焊接区焊缝信息，根据熔池前方不同远近处电弧光强度的闪烁来实现焊接过程中的焊缝跟踪，典型的例子是利用带有 摄像机的微型计算机控制系统对焊接熔池行为进展察看和控制。如今，基于激光三角形的视觉系统具有高度的灵敏性而且价钱低、精度高、获取信息才干强，不受周围噪声和电弧产生的高温影响，获得的信息可以用于多种自顺应功能。弧焊中运用激光视觉系统可以抗电弧辐射、火焰、热金属飞溅、振动冲击和高温，这种传感器正在成为智能自顺应焊接机器人焊接优先选用的视觉系统。3.2模糊控制技术由于焊接机器人系统具有非线性和时变特点，难以用准确的数学模型进展描画，用传统的控制方法难以实现最正确控制而模糊控

17、制具有自顺应和鲁棒性等特点，它为机器人焊接控制提供了一个理想的控制方法。模糊控制是智能控制的较早方式，它汲取了人的思想具有模糊性的特点，运用模糊数学中的隶属函数、模糊关系、模糊推理和决策等工具，巧妙地综合了人们的直觉阅历，从而在其他经典控制实际和现代控制实际不太奏效的场所可以实现较称心的控制。将模糊控制实际和实践焊接过程相结合，开展成为公用焊接控制器，进一步开展成为了通用型焊接模糊控制器。模糊控制具有较完善的控制规那么，模糊控制综合定量知识的才干较差，当对象动态特性发生变化，或者遭到随机干扰的影响都会影响模糊控制的效果。因此在模糊控制实际方面，人们对常规模糊控制进展了改良，设计了一些高性能模糊

18、控制器，有效处理精度较低、自顺应才干有限及设备产生振荡景象等问题。3.3 神经网络控制技术神经网络控制是研讨和利用人脑的某些构造、机理以及人的知识和阅历对系统进展控制，它是神经网络作为人工智能的一种途径在控制领域的浸透。用神经网络设计的控制系统顺应性、鲁棒性均较好，能处置时变、多要素、非线性等复杂焊接过程的控制问题。人工神经网络具有很强的自学习、自顺应才干信息存储量大，容错性好，可以实现并行联想搜索解空间和完成自顺应推理，提高智能系统的智能程度、知识处置才干及强健性。因此，在机器人焊接质量控制中可采用神经网络建立焊接过程模型从而处理线性控制方法所不能抑制的问题，弥补传统专家系统以及模糊控制的缺

19、乏，如今焊接机器人神经网络控制系统中运用较多的是前馈式多层神经网络。3.4嵌入式控制技术的运用 嵌入式系统以其小型、公用、易携带、可靠性高的特点，曾经在焊接机器人控制领域得到了运用，嵌入式控制系统具备网络和人机交互才干，可以取代以往基于微处置器的控制方式嵌入式控制器具有液晶显示器，可以替代 显示器在控制系统中所扮演的角色，键盘呼应也具有很高的实时性，满足信息的输入和对控制系统的干涉等任务。经实验和实践运用阐明，嵌入式控制器比根本的模糊控制器具有更好的控制性能嵌入式为焊接工艺的在线监测提供了新的技术方法，它能确保焊接质量“零缺陷的目的得以实现。4、焊接机器人开展趋势焊接机器人在高质量、高效率的焊

20、接消费中，发扬了极其重要的作用。工业机器人技术的研讨、开展与运用，有力地推进了世界工业技术的提高。近年来，焊接机器人技术的研讨与运用在焊缝跟踪、信息传感、离线编程与途径规划、智能控制、电源技术、仿真技术、焊接工艺方法、遥控焊接技术等方面获得了许多突出的成果。随着计算机技术、网络技术、智能控制技术、人工智能实际以及工业消费系统的不断开展，焊接机器人技术领域还有很多亟待我们去研讨的问题，特别是焊接机器人的视觉控制技术、模糊控制技术、智能化控制技术、嵌入式控制技术、虚拟现实技术、网络控制技术等将是未来研讨的主要方向。 目前国际机器人界都在加大科研力度，进展机器人共性技术的研讨。从机器人技术开展趋势看

21、，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向开展。详细而言，表如今如下几个方面：1)机器人操作机构造 经过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。 探求新的高强度轻质资料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形构造改为开链构造，拓展了机器人的任务范围，加之轻质铝合金资料的运用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。 机构向着模块化、可重构方向开展。机器人的构造更加乖巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向开展。 采用并联机构

22、，利用机器人技术，实现高精度丈量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为未来实现机器人和数控技术一体化奠定了根底。意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已开发出了此类产品。2)机器人控制系统： 重点研讨开放式，模块化控制系统。向基于PC机的开放型控 制器方向开展，便于规范化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化构造；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。控制系统的性能进一步提高，已由过去控制规范的6轴机器人开展到如今可以控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。 人机界面更加友好，言语、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的规范化和网络化，以及基于PC

23、机网络式控制器已成为研讨热点。 编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的适用化将成为研讨重点，在某些领域的离线编程已实现适用化。3)机器人传感技术： 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还运用了激光传感器、视觉传感器和力传感器，并实现了焊缝自动跟踪和自动化消费线上物体的自动定位以及精细装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的顺应性。 遥控机器人那么采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的交融技术来进展环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和顺应性，多种传感器的运用是其问题处理的关键。其研讨热点在于有效可行的多传感器交

24、融算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器交融算法。另一问题就是传感系统的适用化。4)网络通讯功能： 日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立运用向网络化运用迈进了一大步，也使机器人由过去的公用设备向规范化设备开展。5虚拟机器人技术 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演开展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的觉得来支配机器人。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。6智能体调控技术 这是目前机器人研讨的一个崭新

25、领域。主要对多智能体的群体体系构造、相互间的通讯与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进展研讨。 近年来，人类的活动领域不断扩展，机器人运用也从制造领域向非制造领域开展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、效力、文娱等行业都提出了自动化和机器人化的要求。这些行业与制造业相比，其主要特点是任务环境的非构造化和不确定性，因此对机器人的要求更高，需求机器人具有行走功能，对外感知才干以及部分的自主规划才干等，是机器人技术的一个重要开展方向。 可以预见，在21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的同伴。终了语 进入21世纪，世界经济

26、构造正在发生艰苦而深化的变革，但制造业依然是世界各兴隆与开展中国家加快经济开展、提高国家综合竞争力的重要途径。 我国是一个制造业大国，尚处于工业化进程之中，在未来相当长的时期里，制造业仍将在国民经济中占主导位置。在新一轮国际产业构造调整中，我国正逐渐成为世界最重要的制造业基地之一。 然而目前我国配备制造业的整体程度与兴隆国家相比尚有较大的差距，尤其是在战略必争配备技术与竞争前中心技术、根底制造配备与成套关键配备制造技术等方面差距更大，这种差距又主要表达在先进配备的自主设计与独立制造才干差，成套与系统集成、优化才干差，技术创新和集成创新才干差。这些差距曾经成为制约我国制造业乃至其他行业经济开展的

27、关键瓶颈问题之一。 21世纪根底制造配备的程度主要表达在高精度、高效率、低本钱和高柔性等几个方面。高效率、高精度工艺的一个典型例子是精细成形技术，其目的是尽量减少切削，甚至免除切削，减少原资料的浪费，同时提高制造效率。精细成形技术在工业兴隆国家已得到广泛运用。柔性自动化仍是机床业开展的重要趋势之一。柔性自动化的进一步开展是矫捷消费设备。为顺应矫捷消费方式，人们正在探求设备本身的构造重组以及消费单元的动态重组问题。随着我国贸易溶入全球化，我国配备制造业从来没有像今天这样直接地面对国际同行的有力竞争和挑战。如何顺应猛烈的国际竞争和快速变化的世界市场需求，不断以高质量、低本钱、快速呼应的手段在新的市场竞争中求得生存和开展，已是我国配备制造业不容逃避的问题。在“十五期间，我国曾把包括焊接机器人在内的示教再现型工业机器人的产业化关键技术作为重点研讨内容之一，其中包括焊接机器人(把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业)产品的规范化、通用化、模块化、系列化设计；弧焊机器人