焊接机器人关键技术及应用发展现状

孙 静

（天津城市建设管理职业技术学院，天津 300134）

目前，随着智能技术和计算机技术的不断发展和进步，市场上对于焊接产品的要求逐渐的提高，所以，想要保证焊接产品的质量和效率，在焊接工作中可以应用到焊接机器人，目前，焊接机器人已经被广泛地应用在焊接领域中。通过使用焊接机器人，可以在一定程度上提高焊接生产的质量和效率，也有效地改善了操作人员的工作条件，也可以有效地保证了产品质量，从而保证了产品质量。差异化制造，在促进相关产业的现代化和转型方面也发挥了作用。焊接机器人使用机器人代替人工操作，这涉及使用焊接机器人来完成焊接工作。根据焊接机器人使用的不同焊接方法，焊接机器人可分为焊接机器人，弧焊机器人，激光焊接机器人和摩擦机器人。焊接机器人及其其他类型，随着自动化技术的发展，焊接机器人可分为智能机器人和教学繁殖机器人。

1 焊接机器人应用的重要意义

随着工业生产水平的提高焊接机器人逐步发展起来的，在焊接生产过程中，应用焊接机器人有着重要的意义，主要是能够体现在以下的几个方面：第一、可以有效地提高焊接生产的质量，在焊接生产的过程中，焊接的电压和焊接速度等因素，要与人工操作对焊接生产的质量起到重要的作用，随着焊接机器人的应用，对于因为人为因素的影响得到了有效的降低，并且还可以更好地控制焊接的电压和电流等，能够始终保持着一致，这样能够保证焊接的质量。第二、可以有效地提高焊接产品的效率，焊接机器人的工作速度比人工的工作速度要快很多，焊接机器人可以二十四小时不间断地工作，着极大地提高了工作的效率。第三、有效地改善了劳动的条件，当人工在焊接的过程中，会面临着恶劣的焊接环境，这对于工作人员的身体产生一定的危害性，但是随着焊接机器人的运用，人工只需要完成工件装卸的工作就可以，这对于工作的环境有了显著的改善，并且避免了高强度的体力劳动。除此以外，随着焊接机器人的应用，可以有效地缩短了工业产品的生产时间，对于产品的更新换代起到了促进的作用。

2 焊接机器人的发展历程

焊接机器人结合了多种技术，例如电子技术、计算机技术、智能技术、机器人技术等，其历史可以追溯到1960 年初期。在经过三个主要的开发过程，第一代焊接机器人仍处于技术研究和智能化的过程中。应用率低，并且不可能从外部信息反馈，这导致了很大的应用限制。与第一代焊接机器人相比，第二代焊接机器人的技术显然已经成熟。这一时期的机器已经具有感知能力和更强大的功能，就像人类的视力和听觉一样，传感器技术已应用于机器人。在实际工作当中，他使用传感器技术来接收外部信息并将其传输到控制系统。收到反馈后，他会相应地调整条件，以确保性能和适应环境的能力，并将其广泛用于工业生产。第三代焊接机器人是智能的，具有非常强大的功能，除了像人类一样的感知能力外，他还可以判断和行动。他可以在工作时独立完成推理，然后做出科学决策。故障还可以进行自我诊断，并具有自我纠正的能力，适用于各种挑战性的工作环境。

3 焊接机器人的技术现状

3.1 电弧焊电源技术

电弧焊是焊接中的一项非常重要的技术，近些年来，随着计算机应用技术和电子技术的不断发展和进步，机器人弧焊技术已经得到了高速的发展，使用微处理器和闭环控制系统可以对电源的静态特性提供无机控制，并且还可以有效地控制电弧焊电流和脉冲焊接电流，以确保机器人电弧焊操作的稳定性。远程焊接技术主要用于手动控制焊接机器人的一些危险行为，与特殊条件下，以此来保证焊接工作能够有效地完成。

3.2 焊缝跟踪技术

焊缝跟踪技术主要是研究焊接机器人可以依照实际焊接条件的变化对焊缝进行实时的跟踪和检测，并且根据实际的焊缝和设计之间的偏差，有效调整焊接路径和焊接参数，确保焊接质量。在这一阶段的发展中，缝合跟踪技术应以传感器技术和控制理论为研究对象，其中传感技术主要是以研究电弧传感器和光传感器这两类只能的传感器为主要，电弧传感器主要是从焊接电弧获取焊缝偏差的信息，光传感器则是依靠视觉传感器和计算机实现焊缝偏差的分析，可显著提高焊接机器人的适应能力。焊缝跟踪控制理论则是运用现代先进的控制理论支持焊缝跟踪技术，提高焊缝跟踪技术的可靠性，现在常用的理论主要有神经网络、模糊控制等理论。

3.3 多人机器人的协调控制技术

多机器人协调控制主要研究的内容是通过控制系统实现多个焊接机器人之间的协调工作，使其可以完成某一项任务。多机器人协调控制技术可以实现多个机器人之间的合作、协调，不但能够器人完成相应的焊接操作，还可以其他机器人相联合完成一系列的焊接要求，这就需要建立一个合理的多智能控制系统。此外如何使机器人与外周设备进行有效的合作也是协调控制技术的研究方向。

3.4 技术

仿真技术主要研究的是在焊接机器人设计的过程中通过采用机器人学理论、计算机图形技术、CAD 技术等在计算机中形成几何图形，将机器人工作构件的运动、运动学分解、碰撞干涉等通过动画的形式显示、模拟，以更好的解决机器人设计中出现的技术问题。

3.5 人用焊接工艺方法

目前世界上应用较多的焊接技术主要是气体保护焊，主要包括富氩混合气体保护焊和融化极氩弧焊等两组类型，此外还有应用较为广泛的钨极氩气保护焊。部分科技比较先进的国家则采用热丝TIG 焊、热丝等离子以及TIME 焊等方法，这些工方法不仅能够保证优良的焊接接头，还大幅度提高了焊接的速度和熔敷效率。

4 焊接机器人的发展趋势

4.1 多智能系统的融合发展趋势

由于能机器人的多智能焊接机器人通过多机器人的协同工作完成特定的焊接任务。在实际的设计中，多个独立且经济的智能单元的分离主要基于逻辑，功能和物理原理，它们彼此交互并相互作用以执行一些复杂而特殊的焊接操作。当使用多个机器人完成相同的焊接任务时，必须对焊接机器人进行灵活的集成处理，明确每个机器人的分工，确保它们协同工作并进行信息交换，确保焊接效率和焊接质量。

4.2 焊接机器人与周边焊接设备的柔性集成

在焊接过程中，焊接机器人的灵活行，在外围设备的协调控制有，助于减少非生产时间，同时可以提高工作效率。为了在焊接过程中保持整个熔池的水平或略低，焊接定位器必须不断改变工件的位置和位置。定位装置在焊接过程中不锁定，为了提高整个系统的效率，保证整个系统工作质量的提高，需要对弧焊电源和夹具进行适当的协调。

4.3 智能传感器与机器人的多传感器信息融合技术

由于基本传感器仅具有一个信号转换元件，因此随着智能技术的发展和智能传感器的出现，其处理设备已高度集成。由于来自单个传感器的信息无法为智能机器人提供准确而可靠的信息，因此有必要综合来自多个传感器的信息，以充分利用传感器信息并做出准确的判断。多传感器技术在焊接机器人中的应用，可以有效地推动焊接机器人技术的发展，有效地调整其运行状态，提高其智能化、高效化水平。在焊接机器人的实际操作中，当使用单个传感器时，会受到多种因素的干扰，无法准确判断周围环境，从而使多传感器信息融合，采用柔性集成的过程，操作更加完整，有效地分析了焊接机器人的具体工作状态，提高了焊接机器人的工作效率。

4.4 焊接机器人系统的智能化

焊接机器人的整个焊接过程相对复杂，实际焊接过程涉及很多因素，例如电、磁、热、光等。由于这些因素的非线性特性，无法建立精确的数学模型。由于人工神经网络具有自学习能力和适应能力，因此其信息容量很大，并且可以执行快速计算，因此，其在焊接机器人系统中的应用可以有效地促进焊接机器人智能化的发展。

4.5 移动操作发展

目前，大多数焊接机器人是用一只手固定和操作的，这使其操作与实际生产要求非常不兼容，这增加了焊接生产的复杂性并带来许多不便。 这种固定操作限制了焊接机器人的半径和范围。如果机械手在使用过程中伸得太远，在焊接负载自动焊枪时会降低机械手的刚度，导致末端执行机构抖动，对焊接质量影响很大，使焊接电弧稳定性受到威胁，气体保护效果降低。因此，工业焊接机器人还需要不断向移动工作发展，并不断提高运动精度，通信效率等，从而可以有效地提高焊接效率。

4.6 其他发展趋势

在产品制造过程中，经常会遇到各种空间位置的焊缝，特别是异型结构的焊接件。面对这种情况，不可能实现自动化、智能化焊接，只能依靠手工焊接。如果能够开发出基于人工智能的视觉识别焊接技术，则可以智能地识别焊接位置信息，实现机器人与被识别信息的实时信息交换与通信，以及机器人与被识别信息之间的信息交互。通过控制系统的操作，将交换通信处理后反馈给焊接设备，实现任意位置焊缝的智能焊接。这也是未来智能制造焊接技术发展的必然趋势。因此，无论焊缝位于何处，基于人工智能的视觉识别焊接设备都能很好地识别各种结构焊缝的焊接情况，实现真正意义上的智能焊接。

5 机器人焊接的应用优势与挑战

5.1 机器人焊接的优势表现

机器人焊接具有很多优点，包括高稳定性和良好的焊接质量， 它可以提高劳动生产率， 改善工作条件并在危险环境中工作，降低工人的技术开发水平和劳动强度， 降低焊接质量。 生产成本，高度的灵活性，能够自动化小型产品的焊接，在各种极端条件下的焊接性能。机械手焊接可大致分为三个阶段：准备、焊接以及焊接后控制。准备阶段主要用于工件的组装以及机器人的教学和编程。当今普遍使用的教学和编程可以分为两种类型：手动和自动，在线和离线。在线手动编程方法简单、便宜、但耗时，同时取决于焊工的资格。离线自动编程是一项高级技术，如今已受到越来越多的关注。它具有高度的灵活性，可以生成复杂的刀具路径，并且比手动在线编程要快。焊接过程通常使用自动焊接跟踪技术来补偿可能的学习偏差并确保焊枪和焊缝居中。

5.2 机器人焊接所面临的挑战

机器人焊接也带来了诸多新的挑战：

（1）工件制备质量和焊件装配精度要求高。

（2）设计工件的结构及焊接工艺时，要考虑焊枪的可达性、变位机的翻转次数等。

（3）投资额度高，回收周期长。

（4）电源必须满足机器人自动焊接所需的高性能和稳定性特征。另外，机器人焊接对操作人员提出了更高的要求，并要求更高的质量。为了获得高质量的焊接，设计准确和智能的机器人焊接工艺尤为重要。

6 结语

焊接机器人技术在许多领域得到了广泛的应用，通过焊接机器人技术的应用，有效提高焊接质量，使焊接工作可以在某些特殊条件下进行。焊接机器人的技术在实际应用过程中受到很多因素的影响。因此，有必要加强焊接机器人技术领域的研究，继续寻求智能控制技术的突破，确保焊接机器人技术的有效提高，为国家现代化提供重要技术。