焊接机器人应用现状与研究发展趋势

谢小宝 林健力

广州市蓝天技工学校，广东 广州 5100663

随着我国经济的不断发展，我国的科技也在不断地进步，这就对我国的焊接机器人发展有着很大的带动作用。焊接机器人可以使我国的制造业不断地进步，随着现如今科学技术的水平越来越高，焊接的自动化以及智能化已经成为制造业发展的必然趋势，对于焊接技术来讲，焊接机器人的产生，已经成为现代化与自动化的一大标志[1]。本文基于焊接机器人的应用现状与研究发展趋势进行相关的研究，希望能够对我国焊接机器人的发展做出一份力所能及的贡献。

1 焊接机器人的发展历程

就目前的发展来说，焊接机器人的发展历程主要分为三个阶段，在1959年第一台焊接机器人在美国被生产出来，焊接机器人也由此进入了第一个阶段。处于第一个阶段的焊接机器人只是满足基本的生产需要，并不能对未知的环境进行感应，也不会对外界的条件进行反馈，对于环境的变化，无法更好地适应。对于现代化的生产工作来说，这种机器人会受到非常大的限制，在这一阶段的机器人也被人们称为第一代示教再现型机器人，随着科技的不断进步，以及人们需求的不断增长，焊接机器人也进入了第二阶段，对于第二阶段的机器人来说，在进行工作的过程中，它是具备听觉、视觉、触觉等一系列功能的，它对外界会有很大的感知能力，这样一来也可以使焊接机器人可以通过自身感知的信息来更好地对工作状态进行调整，以便能够适应各种环境，相对于第一代机器人来说，它可以更好地融入工作环境中去，这一代机器人被人们称为有感知能力的机器人[2]。随着科技的不断进步，以及制造业的不断提高，对于焊接行业的要求也越来越高，这个时候人们就开始对机器人进行研制，机器人开始进入第三阶段。第三阶段的机器人不仅仅具备第二阶段机器人所拥有的感知能力，他还有独立判断、行动以及记忆和推理的能力，相对于第二阶段的机器来说，它能更好地适应环境，并且与环境相协调，针对环境的不同来选择合适的工作状态，第三代机器人也能够完成更加复杂和烦琐的动作，与此同时，如果第三代机器人出现了故障，那么他还可以进行自动的诊断和修复，这个阶段的焊接机器人，被人们称为第三代智能型机器人。

就目前我国科技以及经济的发展来说，国内外大量生产的机器人，从系统上来说，都是属于第一代或者是第二代的机器人，这些机器人缺乏环境的适应能力，它们的工作都是通过事先设置实际作业条件或者是预先设置系统才完成的，在进行工作的时候，会有着很多的缺点[3]。但是随着时代的进步以及计算机的控制技术、人工智能技术的不断发展，焊接也在不断进行着转变，他会由单一的单机示教再现型，转化为智能型的焊接机器人（图1）。

图1 智能型焊接机器人

2 焊接机器人的研究现状

2.1 焊接技术系统设计

焊接机器人在焊接的过程中需要有控制系统和辅助设备的帮助, 才能完成焊接作业, 一般焊接机器人有操作机、上位控制器和焊接辅助设备组成，具体系统设计如图2所示。

图2 焊接机器人组成结构

2.2 跟踪技术

对于焊接技术来说，在进行焊接的过程中会受到很多不确定因素的影响，例如在进行焊接的过程中，可能会产生非常强烈的弧光以及飞溅的状况，在焊接时，焊接的热效应也会使工件发生变形等因素对焊接的干扰，这都会破坏整个过程的稳定性，严重的情况下，还可能会导致焊接的过程中出现偏离焊缝的状况，这对于焊接的质量来说是十分不利的。如果想要对这种问题进行解决，那么就要对焊缝进行实时的跟踪工作。通过实时跟踪来掌握焊缝的条件，根据条件的不断变化，来对焊接的参数以及路径进行调整，防止在进行焊接的过程中产生偏差，满足整个焊接的质量要求。在进行焊缝跟踪的过程中，我们主要是通过电弧传感器来感知电弧的变化，与此同时采用电弧的反馈调节机制，来对焊炬进行上下的调整，寻找焊缝，使焊炬能够跟随焊缝来进行自我的控制工作，再通过自我的调整来实现最终的质量控制[4]。另外，通过视觉的传感器结合计算机的视觉成像技术，也可以使人们获得大量信息，通过这些信息来增强焊接机器人的外部适应能力。另一方面，伴随着模糊视觉与神经网络应用不断地发展，焊缝跟踪系统也不断加强，这样一来，也能够使焊缝的跟踪系统更加的智能化和自动化。

2.3 弧焊电源的研究

人们在对焊接机器人的不断研究和发展中，对于弧焊电源的研究也没有忽视。对于焊接机器人来说，它作为一种电器可以作为弧焊电源的支持动力，起到非常大的作用[5]。对于机器人来说，专用的弧焊电源的电气性能是否良好，也会对焊接机器人产生非常大的影响，电气性能良好的弧焊电源，才能使焊接机器人发挥出更高质和高效的特点。近些年来，弧焊电源的技术也逐渐地发展和完善，它可以采用非常优良的焊接动特性来保证焊接的质量以及焊接的效率。对于弧焊电源来说，它正不断地向数字化的方向发展，这样一来也可以使焊接的过程更加稳定，使焊接受到的影响不断减小，数字化的电源会成为焊接质量的保证，同时也是焊接发展的新方向。

3 发展趋势

3.1 虚拟现实

在焊接机器人发展的过程中，虚拟现实作为一种较为新颖的发展方向，也使焊接机器人有着更高水平的发挥。虚拟现实技术是一种3D电脑图形的新型技术，与此同时，它利用多功能的传感器和高清的显示技术，在空间上和时间上对其进行分解和重新组合。虚拟现实的技术还可以应用到焊接的过程模拟中去，人们可以通过这种技术使设备在进行焊接之前，在电脑上完成数字化的焊接过程，再用数字化的焊接，来指导实际的焊接工作。通过这样的仿真教学过程，可使用户还没有进行实际的焊接工作之前，就可以对未来产品的实际情况进行了解，从而进行预测和评价。在实际的操作之前，进行仿真的实验，也可以对各种的工艺方案进行比较，选择更佳的方案来进行制作，然后选取更加优化的方案让机器人来进行焊接[6]。

3.2 控制系统

对于焊接机械来说，更加开放式和模块化的控制系统，是未来机器人发展的研究方向，相对于其他的热点研究，电源的控制系统将会更加标准化和网络化，利用离线的编程实用化也是未来焊接机器人的发展方向，以及编程技术的研究重点。

4 结语

随着现如今技术的不断发展，焊接技术的自动化将是未来工业发展的重点，对于焊接技术自动化来说，焊接机器人的应用以及发展趋势将是十分重要的，相关部门也要着重的对焊接机器人的技术进行研究，使我国的工业发展得越来越好。