工业机器人的技术发展与智能焊接应用

周宽忠

摘要：工业机器人的出现能够解放大量的劳动力并能够做到许多比人工操作更精准的工作，而智能焊接便是其中最好的一个例子。本文将通过对工业机器人的技术展开叙述分析，并对工业机器人在智能焊接中的应用进行详细的阐述。

关键词：工业机器人;技术发展;智能焊接

中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）06-0001-02

1 工业机器人的技术发展

1.1 工业机器人的技术发展史

最早期，我国在对工业机器人进行研究主要是为了解决国产化这一问题，但因缺乏先进的技术以及经验，导致了在研究过程中出现了许许多多的问题，从而致使研究进度非常缓慢。但随着我国对工业机器人领域的重视，工业机器人的发展速度也得到了提升。近年来随着社会科技的不断发展进步，工业机器人已被广泛应用于工业生产当中。目前我国北京、上海、深圳等多个一线城市已经具备了对工业机器人核心技术的自主研发，以及实现产业化[1]。

1.2 工业机器人的技术分析

工业机器人是一种集多领域为一体的高科技机电产品。在制造业的应用的需要运用到多种技术，例如自动化控制技术、电子技术、机器视觉技术、计算机技术等等。而在运用的这些技术当中，新型材料技术、人工智能技术以及控制技术是非常關键的技术。

1.2.1 新型材料技术

工业机器人没有感知能力以及自主思考的能力，所以工业机器人必须保证作业时的精确性以及可靠性。而为了保障并提高工业机器人的这些必要条件，便需要保证减速机的减速齿轮能够具有足够的耐磨性，从而保证工业机器人在作业时的性能稳定。大部分的工业机器人的零部件不仅是要求具有足够的耐磨性还需要具有高刚性来保证机器人在作业时的高度精准度。所以在进行工业机器人的制造时，需要对它的制造材料高度重视。

1.2.2 人工智能技术

工业机器人能够机器的稳定重复一致的作业，这些智能化、拟人化都是靠着人工智能技术来实现的。工业机器人通过数据化和智能化将传统的工艺等都保留在了机器当中，人工智能技术在此过程中功不可没。可以将人工智能技术便是工业机器人研究的基础技能。

1.2.3 新型控制器技术

工业机器人在进行作业时，为保证能够精确的完美的进行，便需要对它进行控制，而在控制时需要新型的控制器技术。随着目前工业机器人广泛应用以及作业内容的复杂，新型的控制器技术已经逐渐向多CPU等发展，在控制器算法上也逐渐向人工智能方向发展。

1.3 工业机器人的发展趋势

随着工业机器人的制造经验逐渐丰富，工业机器人的工作将会更加的智能化，帮助人们拓展新的工作环境，认知更神秘的工作领域，并能在工作人员下达指令的前提下，按照程序指令，自主地开展工作，所以工业机器人的制造需要更加精密的仪器，更加精细的制造工艺，并确保工业机器人的高质量成型，满足实际工业需求。

2 工业机器人的技术在智能焊接中的应用

我国在焊接方面的人才总共将近2000万，有认证级别资格的仅有300多万，目前为止焊接方面岗位人才仍缺超过300万。焊接人才在作业时需要经受噪音、电焊尘以及紫外线的危害，高强度高危害的工作条件导致了焊接人才的持续的快速流失，可以说我国将面临的便是5～10年后无焊接人才可用。工业机器人的出现便解决了这个问题，经实验，一台机器人工作站可以代替2名焊接人才。经多次的实验以及改善，工业机器人已经广泛的替代焊接人才进入市场工作。而机器人智能焊接的优势不仅仅是体现在可以替代人工，还体现在它能够保障焊接的准确性、可靠性以及美观性，能够长时间持续工作，大大提升了工作效率等方面。

2.1 智能焊接工作站

2.1.1 手眼系统

手眼系统便是通过视觉对焊接的位置进行在线的视觉定位，并进行在线的矫正以及补偿，从而确保定位准确的稳定度能够达到98.5%，此过程是通过视觉以及AI算法进行判定的。通过焊前的缺陷识别以及在线焊接工艺的补偿，整合深度的学习算法，保证工业机器人在进行单词动作运行时效率稳定收敛在1S以内。通过缺陷标签的深化分析以及迭代学习，决定焊后的修复工作：补焊或者重新进行焊接，一般在现场焊接完成后，机器人会执行拍照行为，随后上传至工厂的物联网云平台，通过人工智能算法进行焊后缺陷质检，该系统的识别准确度>90%（立焊、平焊角接、平焊搭接）。

2.1.2 工艺与路径规划

通过被焊物的特征进行规划工业机器人的焊接工艺流程以及参数、焊接的路径以及姿态的变化。根据实际焊接过程中的数据进行在线以及离线分析，从而优化工艺路径。通过仿真的和半实物仿真等方式，实现真正意义上的虚拟制作，快速的规划验证工业机器人的工艺路径规划。

2.1.3 动态三维重构与自动标定

在此工作站中采用了机器人坐标恢复系统，通过简单的安装使用，达到让工业机器人在作业时结构紧凑、快速恢复精度的目的。动态三维重构系统则是帮助机器人能够快速的获取加工件的空间状态信息并正确抓取作业面。最后自动标定系统快速的建立起作业面与机器人的加工坐标系间的关系。

2.2 焊接工艺中使用的数据算法

在进行焊前准备时，焊接工艺主要是通过场景信息进行数据库推荐工艺算法从而向机器人传输关键参数;在进行焊接前，焊接工艺主要是通过空间及位置姿态的数据进行图像及空间定位算法向机器人传输运动轨迹及位姿建议数据;在进行焊接时，焊接工艺主要是通过实时电流电压图像数据进行电流电压时间序列自学习算法并向机器人传输实时参数/运动控制;在焊接结束后，焊接工艺主要通过质检数据进行图像质检算法向机器人传输全焊接流程工艺优化信息。

2.3 智能焊接轨迹规划器

在对工业机器人的焊接轨迹进行规划时，首先便通过交互界面对被焊物的特征进行视觉3D重构，在达到基准轴线后便通过交互界面输入坡口、焊道信息等数据通过算法库进行机器人的轨迹规划。规划完成后，交互界面便通过远程TCP系统对机器人传输指令，从而达到控制机器人的焊接轨迹操作。

3 结语

总而言之，工业机器人能够机器的对相应的工作设定进行重复一致、稳定的操作，大幅度节省了人力及物力。工业机器人在智能焊接的应用中，能够弥补焊接人才的不足，并能够大幅度的提高焊接工作的效率，由此可见在工业生产方面工业机器人起到了非常重要的作用。目前我国的工业机器人技术还需借鉴拥有先进技术国家在工业机器人领域的成功经验，并同时发挥自身优势，大胆改革创新，将工业机器人技术推向更实用、更科学、更有利于国家发展的新高度。

参考文献

[1] Zheng Wang，Yunjiang Lou，Yue Liu，et al.An Open Control System Architecture with an On-line Velocity Filter for Industrial Robots[D].In Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics，2012.