【自主移动焊接机器人技术及应用现状的文献综述3100字】

自主移动焊接机器人技术及应用现状的文献综述无导轨焊接机器人也叫自主移动焊接机器人[18,19]，在焊接之前无需预设轨道，焊接过程中通过传感器检测焊接偏差量，根据焊接偏差量调整运动机构实现焊缝跟踪。自主移动焊接机器人根据其行走机构不同，可分为履带式和轮式两大类。其中，履带式焊接机器人通常采用滑移转向，一些机器人为了增大吸附力，提高稳定性，增加了磁吸附装置，使机器人对工作表面的适应能力更强。但整个机器人机构及控制复杂，机器人运动灵活性较差，制造成本高。轮式焊接机器人多采用永磁轮以提高机器人的吸附能力，驱动方式采用差速驱动。其优点是机器人机构简单，运动灵活且控制精度较高，制造成本较低。缺点是负载能力小，适应能力比履带式机器人弱。1.1国外自主移动焊接机器人研究现状2000年西班牙工业自动化研究所的P.GonzalezDeSantors等人研制了4条腿可移动平台的焊接机器人系统[20](如图1.1所示)，可适应于双层外壳船舶的建造。该机器人系统采用旋转电弧对焊缝进行立体跟踪，腿式移动平台灵活、轻便且可自由伸缩。该系统能够在封闭的船舱实现具有加强筋的船舱焊接自动化，但是整个系统相对来说比较复杂和庞大，组装时间较长(15min以上)，实际应用不方便。图1.1ROWER船舶焊接机器人系统2003年，韩国釜庆大学的Byoung-Ohkam等人研发了船舱格子间移动焊接机器人[21-23](如图1.2所示)。机器人采用四轮式行走机构，用以检测焊缝位置的机械接触传感器固接在移动小车和焊枪上，且其侧面固接了接近传感器用以探测焊缝起点；采用模糊和PID切换控制，跟踪精度可达正负0.5mm。其主要缺点是不能检测焊缝上的流水孔，由于采用接触式传感器，焊枪运动的稳定性难以控制，无法克服车轮打滑引起的焊接质量问题。图1.2船舱格子间移动焊接机器人2005年，英国、芬兰和比利时的研究员[24,25]联合参加的NOMAD计划致力于焊接自动化装备的研究与开发，其研究的焊接机器人系统(如图1.3所示)包含位置和姿态的全局视频系统、六自由度机器人、机器人控制器、焊接运输车以及在焊枪上的局部传感器等。该系统在大型构件焊接制造中，取得较好的焊接效果。但机器人系统体积较大。且采用全局定位视频系统，不适合于大型钢结构中的狭小空间中的焊缝焊接。图1.3NOMAD计划研制的轮式焊接机器人系统2008年韩国LeeJi-hyoung等人研制的用于双壳体船舱U型结构焊缝焊接的5自由度移动焊接机器人[26]如图1.4所示。该机器人有三个移动关节和两个转动关节，控制器采用工控机+控制卡形式，传感器采用接触和电弧传感器实现焊接过程中的焊缝识别。由于控制器和机器人本体分离，导致机器人移动灵活性和抗干扰能力降低。图1.45自由度移动焊接机器人2014年，英国的JianzhongShang等[27]研制了一种用于具有长焊缝钢结构的爬行式焊接机器人系统，该系统由焊接机器人、焊接辅助机器人和焊缝检测机器人构成，如图1.5(a)所示。该系统中，焊接机器人本体结构采用两轮差速驱动，前后各安装一全方位轮，使机器人转向灵活。安装在机器人底部的非接触式永磁吸附装置可生产1600N的吸附力，提高了机器人的附着力和负载能力。不足之处是该系统由分散的三个机器人组成，占用空间较大，集成度不高。(a)焊接机器人系统构成(b)焊接机器人本体结构图1.5长焊缝爬行式焊接机器人系统1.2国内自主移动焊接机器人研究现状20世纪70年代，中国就已经开始了对焊接机器人的研发工作。几十年来国家高新研究发展计划与“机器人示范工程”相关发展计划的部署，为我国机器人事业的发展提供了坚实的基础。经过50多年的实践和进步，我国机器人研发、生产和应用综合技术能力已然进入国际先进梯队。2005年，上海交通大学张轲等研发的具有自寻迹功能的移动焊接机器人系统[28,29](如图1.6所示)采用轮式磁性移动机构，焊缝实时检测装置采用激光位移传感器，执行机构采用精密十字滑块，主处理器采用DSP实现。在焊缝跟踪过程中，机器人本体会在大致范围内沿着焊缝移动，然后再由滑块来实现更为精准的小范围内的偏差跟踪。该系统实现了重型船舶甲板的自主移动跟踪焊接。但该机器人只能实现准平面焊接环境下焊接，无法实现焊接过程中焊枪姿态调整，不能满足复杂焊缝焊接要求。图1.6轮式移动焊接机器人系统2008年，基于旋转电弧传感的弯曲焊缝焊接机器人系统[30-32]由南昌大学毛志伟等人研制成功(如图1.7所示)。该机器人靠左右两轮驱动，差速实现转弯，为增强机构的灵活性同时简化控制算法，采用中间前后对向万向轮布置，用两个步进电机驱动滑块实现上下和左右运动。该机器人可自由运动和转弯、体积小，结构紧凑，可完成对各类弯曲角焊缝的自动跟踪焊接。但该机器人也只能实现准平面焊接环境下平面焊缝焊接，且焊接过程中无法实时调整焊枪姿态，对于大曲率和折线焊缝焊接时对焊接质量有影响。图1.7弯曲焊缝自主移动焊接机器人2013年，北京石油化工学院研制出无导轨全位置焊接机器人[33-35](如图1.8所示)，包括硬件机械结构、自动焊缝跟踪、轨迹示教、焊接参数调整系统等关键技术研究。同年，现代重工发布消息称公司已成功研制小型船用焊接机器人[36]。该焊接机器人硬件设计紧凑，焊接机械臂收缩量分别为50cm、50cm、15cm，可实现无人化自动焊接，其实物如图1.9所示。以上两种机器人体积和重量相对来说还是较大，难以满足像船舱格子间等狭小空间中的焊接需求。图1.8无导轨全位置爬行式机器人图1.9现代重工焊接机器人2018年初，潘际銮院士领导的博清科技开发了一种履带式无轨道全位置爬行焊接机器人[37,38]，并在中小型储罐自动化焊接上取得重要成绩。图1.10所示的履带式无轨道全位置爬行焊接机器人在东海岛中科炼化港口建设中投入使用，部分中小型储罐使用该爬行焊接机器人焊接。但该机器人行走曲面要求直径大于3.2m，无法适应更小管径的管道焊接。图1.10履带式无轨道全位置爬行焊接机器人参考文献霍厚志,张号,杜启恒,等.我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J].焊管,2017,40(02):36-42+45.郭吉昌,朱志明,于英飞,等.焊接领域激光结构光视觉传感技术的研究及应用[J].中国激光,2017,44(12):7-16.范俊峰,景奉水,方灶军.基于视觉传感的焊缝跟踪技术研究现状和发展趋势[J].热加工工艺,2017,46(05):6-10+14.侯震,许燕玲,黄色吉,等.视觉传感技术在机器人焊接中的应用[J].上海交通大学学报,2016,50(S1):55-58.XuYL,ZhangJY,DingMY,etal.TheacquisitionandprocessingofrealtimeinformationforheighttrackingofroboticGTAMprocessbyarcsensor[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2013,65(05):1031-1043.洪波,言浚光,阳佳旺,等.一种用于焊缝跟踪的电容式传感器[J].焊接学报,2014,35(02):55-58.李晓延,武传松,李午申.中国焊接制造领域学科发展研究[J].机械工程学报,2012,48(06):19-31.RoutA,DeepakBBVL,BiswalBB.Advancesinweldseamtrackingtechniquesforroboticwelding:Areview[J].RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing,2019,56(APR.):12-37.HeYS,XuYL,ChenYX,etal.Weldseamprofiledetectionandfeaturepointextractionformulti-passrouteplanningbasedonvisualattentionmodel[J].RoboticsandComputerIntegratedManufacturing,2016,37.张鹏贤,张国强,韦志成,等.坡口及焊缝表面三维轮廓的激光视觉测量[J].焊接学报,2017,38(12):85-89+133.ZhangY,GaoX.Analysisofcharacteristicsofmoltenpoolusingcastshadowduringhigh-powerdisklaserwelding[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2014,70(9-12):1979-1988.邹勇,李运华,蒋力培,等.基于熔池图像尖端特征规律的焊接偏差测定方法[J].焊接学报,2015,36(08):18-22+114.闻倩艺,何建萍,王昂洋.焊接熔池图像视觉传感技术的研究现状及发展趋势[J].热加工工艺,2016,45(22):7-10+15.吕超荣.焊接机器人技术现状与发展趋势的研究[J].机械工程师,2015,(05):162-163.陈善本,林涛.智能化焊接机器人技术[M].机械工业出版社,2006.杨林熊.焊接机器人的应用现状及发展趋势[J].光电技术,2011,12(05):102-103.毛鹏军,黄石生.焊接机器人技术的发展[J].焊接学报,2012,20(08):2-3.叶艳辉.小型移动焊接机器人系统设计及优化[D].南昌：南昌大学,2015.郭亮.移动机器人不连续焊缝跟踪技术研究[D].南昌：南昌大学,2018.GonzalezdSP,ArmadaMA.ShipbuildingwithROWER[J].Robotics&AutomationMagazineIEEE,2000,7(04):35-43.KamBO,JeonYB,KimSB.Motioncontroloftwo-wheeledweldingmobilerobotwithseamtrackingsensor[C]//IEEEInternationalSymposiumonIndustrialElectronics.IEEE,2003.许小平.高效焊接在船舶管系制造中的发展及应用[J].焊接技术,2011,(04):58-60.赵伯楗.船舶高效焊接工艺及装备[J].国防制造技术,2010,(03):45-46.李琳,林炳强,邹焱飚.StudyonSeamTrackingSystemBasedonStripeTypeLaserSensorandWeldingRobot[J].ChineseJournalofLasers,2015.NobertroPiresJ,MulliganS,MeltonG,etal.Autonomousweldingoflargesteelfabrications[J].IndustrialRobot,2005,volume32(04):346-349.LeeJH,KimJJ,KimJK,etal.DevelopmentofCarriage-t