浅析焊接机器人技术及发展方向
刘超超
摘 要：随着我国工业现代化程度的日益加强，高效节能的焊接机器人技术应用于各类行业，并且焊接机器人技术也在日益研究改进中。本文首先介绍了焊接机器人的分类，其次着重阐述了焊接机器人的先进技术以及发展方向。
关键词：焊接速度；驱动；跟踪；智能
1 焊接机器人的分类
（1）弧焊机器人。弧焊机器人不只是一个简单的操作运动机构，是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，因此，它的性能有特殊要求。在电弧焊接中，火炬尖端应珠沿预定轨迹，并且连续地形成焊缝填充金属。
（2）点焊机器人。汽车工业是一个重大的点焊机器人系统的应用，在该组件中的每个车体，当身体中，焊料接头的约60%是由机器人完成。点焊机器人逐渐需要有更好的工作性能，主要有：1）与点焊机的接口通讯功能；2）工作空间大；3）点焊速度与生产线速度相匹配，快速完成小节距的多点定位（大约每0.3—0.4s 移动30—50mm 且准确定位）；4）持重大（50—100kg ），以便携带内装变压器的焊钳；5）定位准确，精度约±0.25mm ，以确保焊接质量。
（3）焊接机器人是一种典型的机电一体化产品，你可以按下电源驱动器，使用其分类方法的不同轨迹。按下电源驱动方法的不同点，每个焊接机器人以下几类：1）气压驱动。压力0.4-1.0MPa 。其主要优点是气动气方便，驱动系统具有圆筒型，气动驱动结构简单，成本低，维护方便的缓冲作用；主要的缺点是该装置的尺寸大，定位精度不高；2）液压驱动。电能质量液压驱动系统，既快又好，而且速度液压驱动的大，传动平稳，高效率的内在比较简单，通过阀门无级变速在很宽的范围内流动；其主要缺点是我们需要泵液压站，易漏油，这不仅影响稳定性和定位精度，而且还污染环境；3）电气驱动。电驱动是利用由马达或多种转矩产生的力，无论是直接或通过减速机构来驱动负载，以获得所需的机器人动作。由于电驱动器是容易控制的精度高的运动，使用方便，成本低，效率高的车程，不污染环境等诸多优点，是最常见的，大部分应用为导向的方法。目前生产的机器人大都采用交流伺服电机驱动。
2 焊接机器人技术研究现状
随着我国的现代化建设，越来越注重智能化的建设。焊接机器人技术主要是以机器人焊接智能化为核心来进行的。
2.1 焊缝跟踪技术
由于现代数学和模糊神经网络及其应用复杂的非线性系统的不确定性，焊接轨道焊接成一个新的时代---智能焊缝跟踪时代的出现。其中，研究清华电弧跟踪系统，传感器和控制系统，它详细地讨论了焊缝跟踪系统的各种传感器，并提出了基于焊缝模式的CCD 图像提供了新的算法，轨迹识别。接近人类视觉等方面的优势视觉传感器信息来检测焊缝和神经网络，并应用到焊缝跟踪系统模糊控制焊缝跟踪应用，中国南方大学提出了基于自适应共振理论（AdaptiveResonanceThe2ory ）接缝跟踪神经网络算法，即分类为若干空间模式分布的灰缝截面方向，使记忆ART 神经网络与匹配检查的程度获得的，实际的焊接方式的图像空间，根据确定的焊枪和焊接中心的偏离的分布的方式，该偏差是模糊变量设计自整定PID 模糊控制器。
2.2 智能传感器和机器人多传感器信息融合技术
基本的传感器只有一个信号转换元件，随着智能化技术的出现，也出现了具有某些特定
的处理，即智能传感器内部的传感器信号。有利于集成电子电路开发的智能传感器，高度集成的处理器件上，使得该传感器可以有一些信息处理能力感测系统的。在弧焊机器人的传感技术，电弧传感器的显着位置的光学传感器的研究。在研究中的各种特定的最引人注目的视觉传感器的光学传感器中，计算机视觉和图像处理用最新的技术成果组合所获得的信息的数量，可增强适应外部焊接机器人的能力。
2.3 焊接机器人与周边焊接设备的柔性化集成
在焊接过程中，焊接机器人和灵活的外围设备控制的协调，有利于减少辅助时间，它的关键生产效率之一。在径向焊接工件球形或椭圆形，为了在焊接期间使整个熔池可以使水平或略低坡状态下，焊接定位器必须不断改变工件的位置和姿态。在焊接过程中该定位装置是不固定的，而是做运动的适当的协调。弧焊电源和夹具，因此也做机器人的统一控制下运动的适当的协调，以保证高效率，高质量的工作的整个系统。
3 焊接机器人的发展方向
随着焊接机器人的深入应用，焊接机器人已向多方向发展，目前焊接机器人的主要发展方向是：
（1）机器人控制的开放型体系结构。开放意味着互用性，目前工业机器人控制器最大的担心是它的功能专一、性能不完善。推广基于PC 的平台，实际上是考虑用户对性能和成本的要求，使机器人从专用的控制器向基于PC 机的开放、通用的控制器过沮。
（2）焊接机器人的智能化。要真正将技术人员和熟练工人从繁重的劳动中解脱出来，甚至能直接代替人在恶劣、危险的环境中进行自动焊接作业，必须开发具有一定智能的智能机器人，焊接机器人的智能化主要表现为传感器的智能化。
（3）机器人按制从单机向集散式、网络化的方向发展。
从这个意义上，机器人的发展可分为三代：第一代是示教型机器人，目前在工厂广泛使用，它的功能是示教再现。即示教时操作者通过示教盒编程记录焊接路径关键点，并设置焊接引弧点、熄弧点以及焊接工艺参数。并可以周尔复始，全自动运行。这种工作方式重复件好，但没有视觉，缺少对环境变化的自适应能力，例如当实际行走轨迹与示数轨迹由于加工、安装、焊接变形等原因存在位置偏差时，导致焊接质量不好甚至失败。第二纪弧焊机器人是具有一定传感功能的示教机器人，如视觉、力觉、触觉等传感器，在示教的基础上可以适应环境的变化，目前在某些领域某些功能上已经到生产应用阶段，并产生显著经济效益。第三代是智能机器人。能理解人的命令，预知或感知外部环境，自行规划操作顺序、自动制定运动轨迹、焊枪姿态和焊接参数，并实时修正，以完成特定的任务。融合CAX 技术和视觉传感技术的智能机器人是焊接机器人的重要研究和发展方向。
参考文献：
[1]余达太. 工业机器人应用工程[M].北京：机械工业出版社，1999.
[2]李晓辉，汪苏，刘小辉，朱小波. 焊接机器人智能化的发展[J].电焊机，2005.
浅析焊接机器人技术及发展方向
刘超超
摘 要：随着我国工业现代化程度的日益加强，高效节能的焊接机器人技术应用于各类行业，并且焊接机器人技术也在日益研究改进中。本文首先介绍了焊接机器人的分类，其次着重阐述了焊接机器人的先进技术以及发展方向。
关键词：焊接速度；驱动；跟踪；智能
1 焊接机器人的分类
（1）弧焊机器人。弧焊机器人不只是一个简单的操作运动机构，是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，因此，它的性能有特殊要求。在电弧焊接中，火炬尖端应珠沿预定轨迹，并且连续地形成焊缝填充金属。
（2）点焊机器人。汽车工业是一个重大的点焊机器人系统的应用，在该组件中的每个车体，当身体中，焊料接头的约60%是由机器人完成。点焊机器人逐渐需要有更好的工作性能，主要有：1）与点焊机的接口通讯功能；2）工作空间大；3）点焊速度与生产线速度相匹配，快速完成小节距的多点定位（大约每0.3—0.4s 移动30—50mm 且准确定位）；4）持重大（50—100kg ），以便携带内装变压器的焊钳；5）定位准确，精度约±0.25mm ，以确保焊接质量。
（3）焊接机器人是一种典型的机电一体化产品，你可以按下电源驱动器，使用其分类方法的不同轨迹。按下电源驱动方法的不同点，每个焊接机器人以下几类：1）气压驱动。压力0.4-1.0MPa 。其主要优点是气动气方便，驱动系统具有圆筒型，气动驱动结构简单，成本低，维护方便的缓冲作用；主要的缺点是该装置的尺寸大，定位精度不高；2）液压驱动。电能质量液压驱动系统，既快又好，而且速度液压驱动的大，传动平稳，高效率的内在比较简单，通过阀门无级变速在很宽的范围内流动；其主要缺点是我们需要泵液压站，易漏油，这不仅影响稳定性和定位精度，而且还污染环境；3）电气驱动。电驱动是利用由马达或多种转矩产生的力，无论是直接或通过减速机构来驱动负载，以获得所需的机器人动作。由于电驱动器是容易控制的精度高的运动，使用方便，成本低，效率高的车程，不污染环境等诸多优点，是最常见的，大部分应用为导向的方法。目前生产的机器人大都采用交流伺服电机驱动。
2 焊接机器人技术研究现状
随着我国的现代化建设，越来越注重智能化的建设。焊接机器人技术主要是以机器人焊接智能化为核心来进行的。
2.1 焊缝跟踪技术
由于现代数学和模糊神经网络及其应用复杂的非线性系统的不确定性，焊接轨道焊接成一个新的时代---智能焊缝跟踪时代的出现。其中，研究清华电弧跟踪系统，传感器和控制系统，它详细地讨论了焊缝跟踪系统的各种传感器，并提出了基于焊缝模式的CCD 图像提供了新的算法，轨迹识别。接近人类视觉等方面的优势视觉传感器信息来检测焊缝和神经网络，并应用到焊缝跟踪系统模糊控制焊缝跟踪应用，中国南方大学提出了基于自适应共振理论（AdaptiveResonanceThe2ory ）接缝跟踪神经网络算法，即分类为若干空间模式分布的灰缝截面方向，使记忆ART 神经网络与匹配检查的程度获得的，实际的焊接方式的图像空间，根据确定的焊枪和焊接中心的偏离的分布的方式，该偏差是模糊变量设计自整定PID 模糊控制器。
2.2 智能传感器和机器人多传感器信息融合技术
基本的传感器只有一个信号转换元件，随着智能化技术的出现，也出现了具有某些特定
的处理，即智能传感器内部的传感器信号。有利于集成电子电路开发的智能传感器，高度集成的处理器件上，使得该传感器可以有一些信息处理能力感测系统的。在弧焊机器人的传感技术，电弧传感器的显着位置的光学传感器的研究。在研究中的各种特定的最引人注目的视觉传感器的光学传感器中，计算机视觉和图像处理用最新的技术成果组合所获得的信息的数量，可增强适应外部焊接机器人的能力。
2.3 焊接机器人与周边焊接设备的柔性化集成
在焊接过程中，焊接机器人和灵活的外围设备控制的协调，有利于减少辅助时间，它的关键生产效率之一。在径向焊接工件球形或椭圆形，为了在焊接期间使整个熔池可以使水平或略低坡状态下，焊接定位器必须不断改变工件的位置和姿态。在焊接过程中该定位装置是不固定的，而是做运动的适当的协调。弧焊电源和夹具，因此也做机器人的统一控制下运动的适当的协调，以保证高效率，高质量的工作的整个系统。
3 焊接机器人的发展方向
随着焊接机器人的深入应用，焊接机器人已向多方向发展，目前焊接机器人的主要发展方向是：
（1）机器人控制的开放型体系结构。开放意味着互用性，目前工业机器人控制器最大的担心是它的功能专一、性能不完善。推广基于PC 的平台，实际上是考虑用户对性能和成本的要求，使机器人从专用的控制器向基于PC 机的开放、通用的控制器过沮。
（2）焊接机器人的智能化。要真正将技术人员和熟练工人从繁重的劳动中解脱出来，甚至能直接代替人在恶劣、危险的环境中进行自动焊接作业，必须开发具有一定智能的智能机器人，焊接机器人的智能化主要表现为传感器的智能化。
（3）机器人按制从单机向集散式、网络化的方向发展。
从这个意义上，机器人的发展可分为三代：第一代是示教型机器人，目前在工厂广泛使用，它的功能是示教再现。即示教时操作者通过示教盒编程记录焊接路径关键点，并设置焊接引弧点、熄弧点以及焊接工艺参数。并可以周尔复始，全自动运行。这种工作方式重复件好，但没有视觉，缺少对环境变化的自适应能力，例如当实际行走轨迹与示数轨迹由于加工、安装、焊接变形等原因存在位置偏差时，导致焊接质量不好甚至失败。第二纪弧焊机器人是具有一定传感功能的示教机器人，如视觉、力觉、触觉等传感器，在示教的基础上可以适应环境的变化，目前在某些领域某些功能上已经到生产应用阶段，并产生显著经济效益。第三代是智能机器人。能理解人的命令，预知或感知外部环境，自行规划操作顺序、自动制定运动轨迹、焊枪姿态和焊接参数，并实时修正，以完成特定的任务。融合CAX 技术和视觉传感技术的智能机器人是焊接机器人的重要研究和发展方向。
参考文献：
[1]余达太. 工业机器人应用工程[M].北京：机械工业出版社，1999.
[2]李晓辉，汪苏，刘小辉，朱小波. 焊接机器人智能化的发展[J].电焊机，2005.