智能化机器人焊接技术研究进展

刘鑫+赵丽丽

摘 要 近几年来，我国的先进制造技术得到了迅猛发展，焊接技术更是迎来了一个自动化的春天。这种环境下，能够进行焊接的智能化机器人的出现更是为该领域带来了一种前所未有的体验。智能化机器人的出现为焊接技术的智能化提供了飞翔的翅膀，同时这种智能机器人的焊接技术也成为了中国自动化技术的主要发展导向，下面结合实际工作经验，对智能化机器人焊接技术的研究进展进行相关讨论，希望能够为广大的同行业从业者提供一定的理论参考和帮助。

关键词 智能机器人；焊接技术；研究；进展

中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）08-0019-02

伴随着制造技术的卓越发展，焊接产品的柔性化、智能化与全自动化已经成为了整个的发展趋势。早在20世纪60年代焊接就已经产生，经过了数十年的发展，目前智能焊接技术机器人已经走过了三个阶段的发展历程，分别为第一阶段的再现示教阶段、第二阶段的离线编程阶段与目前的自主变程阶段。这其中世界互联网与计算机技术得到了较大进步，直接为焊接机器人走向多元化舞台、智能化舞台和柔性化舞台奠定了夯实基础。而焊接技术更是在近几年的技术革命中得到了充分的推进，可以说，传统的手工焊接工艺将会在不远的明天完全退出舞台，从而被高智能化的机器人焊接技术所取代，由于这种焊接参数与焊接路径都是需要结合实际工作情况来进行提前设置的，所以在整个焊接工作开展的过程中缺少了外部信息传感与实时调整功能。这种情况下，在焊接的过程中、特别是弧焊的过程中各个工件的受热程度被散热条件进行着制约，极易造成熔透凹凸不平与焊道变形等问题。为了能够突破这种瓶颈，智能焊接机器人的制造者们通过提升不确定因素带来的焊接影响进行了仔细研究，最终以提升焊接机器人的整体智能化操作水平与工作准确行为出发点，实现了焊接机器人在进行弧焊操作的过程中，既兼顾了空间焊缝、焊点的实时监控与更总，同时还完成了焊接参数的实时调整与焊接技术的时刻控制。而在进行智能化机器人焊接技术工艺的革新过程中，我们更是在提升复杂的焊接工艺技术的同时，完成了焊接效果、焊接质量的綜合提升，这为人们展开对极端环境下展开焊接技术提供了技术支撑。我们可以预见到在不久的将来这种制造业领域的主流焊接技术，将会脱离按部就班的流水线工作，迈入到全新的智能化平台开展工作。

1 智能化机器人焊接技术的构成

作为多门学科融会贯通的产物，现代化智能机器人焊接技术将传统与现代工艺进行有机结合，通过计算机事先做好的程序开展操控，将最先进、最智能化的焊接技术应用到了我国。而通过一段时间的技术摸索与开发，最终实现了智能化焊接技术机器人的操控性与对周围环境的时刻监控与判断，通过这种指引智能机器人来展开一系列的智能化焊接技术，我们的智能化焊接技术已经实现了既定的监控管理、调度规划等多元化功能，再让焊接效率得到大幅度提升的同时，使得整个的智能焊接流程变得更加清晰、明确，为人工管理与集中整合管理协调奠定了坚实基础。另外，这种智能化的焊接新手段不仅具有较强的精确性，同时还很大程度上避免了传统手工工艺焊接环节中所造成的人为失误，最大程度上保证焊接生产任务的可控性与多元性，可以说智能化焊接机器人技术的应用最大程度上率先完成了与人工技术的完美结合，成为了焊接技术与焊接艺术的一道桥梁。

2 智能化机器人的焊接技术系统进展研究

2.1 焊接自主规划系统

作为智能机器人焊接技术的重要组织部分之一，它的焊接自主规划性已经得到了最大程度的发扬。同时也将传统的单调性机械焊接工艺变得更加生动、可控。特别是一些自主规划系统的完成，也让智能焊接机器人不在对单一的命令进行机械性操作与执行，更多是结合机器人的逻辑思维系统，将现代化智能思维与监控进行了有机融合。特别是对于一些弧焊技术，由于其所涉及的关节较多、设置较为复杂，而智能焊接机器人的引入便将整个的焊接手段变得柔化起来。另外，由于智能化机器人其本身便是代表着现代化的计算机技术，而融入了焊接程序的智能化机器人更是具有机械关节灵活的优点，它在不断的革新过程中完成了很多传统机器人甚至人类便可完成的指令与动作，将原本机械化的焊接过程变得柔性化。在实践过程中，传感视觉、焊缝信息获取与规划传感器作为焊接智能机器人的主要技术核心，它们通过微处理的支撑来实现机械关节上的动感接受自主规划，这个系统能够帮助智能机器人更好、更精确地完成焊接任务。

2.2 智能化机器人的柔性制造系统

上面已经提到，智能化焊接机器人在开展多关节设备的工作中，本身就增强了柔性制造管理层次。而在这种柔性制造系统的作用下，焊接机器人对于整个的焊接技术展开了充分的融合协作。特别是在智能化机器人与多个Agent展开协调性合作的时候，基本能够实现宏观的柔性系统提升。这种系统被广泛的应用在相对复杂而又精密的工种作业中，例如航空航天制造业、船舶制造业以及精密仪器制造领域等。而在我国这项技术被广泛应用在汽车制造领域中，在促进我国汽车领域发展的同时，完成了企业成本节约、挖潜增效的延伸作用，最大程度上减少了企业的生产人工成本、降低了废品出？产率。

2.3 智能化机器人的焊缝跟踪技术

焊缝跟踪与导引技术主要是指通过智能化机器人的程序控制，来对一些有效、严密的焊缝工艺进行系统跟踪，通过指令来对特定焊点、焊位进行有效引导，从而完成一系列的严密的特定焊接任务。同时这种技术也是未来智能化焊接机器人的主要发展计划，这种焊接系统能够充分的满足焊接工作的针对性，特别是在一些条件非常恶劣的环境中，依旧可以完成精准、迅速的焊接任务。而在现实的焊接工作中，我们针对机器人的焊接作业环节来看，它的运动主要需要通过焊接初始化的引导语无缝焊接技术电子眼跟踪控制相结合而完成，同时这也是提升焊接机器人在进行操作过程中完善焊接准确率与工作效率的根本要素之一。所以在实际的焊接技术工作环节中我们必须要重视提升焊接机器人的智能化与操作流程的规范化，以此来满足社会各个领域对于焊接技术与焊接手段的需求。

3 智能化機器人焊接技术的发展导向

1）朝着多元化传感信息发展。传感技术已经被充分的利用到了多个领域当中，智能焊接机器人的发展同样也在朝着这个方向发展。不过单一的传感器信息却无法对智能机器人需求产生强大支撑，这种情况下则催生了多种多元化的传感信息基础的出现，以此来保证智能焊接机器人在操作过程中做出正确的判断和理解。与此同时，焊接机器人的多元化传感信息发展也包含着较强的视觉引导技术应用，在实践工作中通过对视觉和图像识别的过程中，通过不断修订完成了智能化焊接机器人在焊接技术过程中的焊位引导、焊缝跟踪。

2）向着虚拟现实技术发展。虚拟现实技术在焊接机器人中的应用主要是站在空间性与时间性角度，通过分解、再次组合而形成的新技术。其最大特点便是能够利用现实虚拟、传感技术的临场效果、多媒体技术等满足人机互动的沟通，最终实现虚拟操控机器人完成焊接任务。我们想要在实践的工作中能够对智能焊接机器人进行虚拟化操作，就必须要通过这个目标来制定一种可控性较强的建模，只有这样才能够利用虚拟操作来对焊接机器人进行焊接熔池的动态管理。而在提升智能焊接机器人的动态过程管理中，我们每一名技术人员和操作人员还应当充分的考虑到焊接过程的复杂性。并通过焊接机器人的虚拟技术发展，来弥补这一环节所容易出现的问题。这些因素主要包括虚拟现实焊接动态管理、虚拟现实熔池动态模拟以及相关的智能控制。

3）向着模糊逻辑与神经网络融合技术发展。这个技术的实现离不开神经元个数、训练样本数与拓扑结构等因素的支撑。特别是在模糊控制过程中，模糊化的关系矩阵计算、隶属函数的选择都是实现其应用的主要环节，这些问题的早日解决能够使得智能焊接机器人在进行焊接熔池的动态工作中，更加具备智能化。同时，在取得这种工艺的时候人类将会对智能化机器人的焊接技术系统进行更加精准、及时的监控，特别是其中所囊括的准确性与稳定性都会很大程度上满足焊接工作的最终质量。所以我们每一名智能化机器人研究人员必须要对此展开大量的研究与推理、实验，通过解决这些问题来早日实现焊接机器人的模糊化与神经网络融合应用。另外，特别是在弧焊工作环节中，智能化机器人更是通过离线编程技术，突破了传统的束缚、实现了一个较为完整的弧焊机器人焊接任务的具体描述，这种描述包括图形的仿真性与语言的编程完整性、操作手途径细分规划、力学与运动学的优化计算、焊接任务路径的关节设计、动画仿真焊接规划、终极规划效果修正。

4）向着焊接机器人技术系统集成化发展。结合上述3大方面的焊接引导语焊缝识别发展趋势，智能化焊接机器人技术系统已经完全朝着一个全新的领域进行展开。特别是对于一些艰难、困险的焊缝跟踪、熔池焊接虚拟提取、视觉特征提取、知识模型建立以及焊缝与熔透智能控制实现了集成化管理，最终将信息与数据汇总到了整个机器人的中心控制平台，以局部的环境供给来完成了智能化焊接机器人的提升与革命性创新。

5）向着智能化机器人的柔性系统应用技术发展。为了能够使得焊接智能机器人在工作中更加具备围观连续性，我们在焊接柔性制造系统与焊接柔性制约单元上面进行了离散性的设计。同时我们在开展设计工作与实施工作的环节中，为了能够迎合整个的智能焊接柔性离散时间控制理论，在进行的过程中就要融入更多的多元化传感信息，通过这种构成来对加工单元的集成、加工单元的柔性组建包括焊接柔性实时调度控制进行系统化的革新与技术上的突破。而这种柔性系统化智能应用技术的发展，则是体现在了焊接机器人与焊接搬运智能机器人层面，通过对于各种完善的设备工装与生产资源的综合整合，来进行系统建设。可以说经过多年的演变与革新，现在已经成为了DAI（分布式柔性人工智能）的佼佼者，而在现实的焊接柔性制造领域中，上文提到了Agent协调服务工作系统更是为工业化的生产任务完成和生产设备的协调提供了根本保证，同时也为新时期下的人机互动带来了更为广阔的天地。

4 结论

综上所述，我国的智能化焊接机器人与相应的智能化焊接技术已经被充分的应用在了各大领域中，特别是航天航空的装备焊接技术、汽车与造船领域的无缝焊接技术应用，均受到了整个智能化焊接手段的促进，同时也有了明显的成效，从一个角度来看这也充分验证了智能化机器人焊接技术的应用潜力与应用广度。另一方面，对于一些特殊环境与极端环境下的自主焊接过程的远程控制，更是需要结合互联网通讯技术与智能机器人焊接技术进行有机结合。只有这样我们才能够结合实际领域发展需要，通过对应用过程中出现的示教再现型焊接机器人的相关问题，展开半结构空间领域的筹划，而本文所列举的这些智能化焊接关键技术与前景展望，对任何一种特定的焊接环境均存在较大的通用性。与此同时，智能化焊接机器人的产生作为整个焊接技术中的综合性技术载体，它不仅仅是未来焊接领域的主要发展方向，同时也是时代进步的发展。相信有了每一名智能化焊接技术工作人员的研发与探索，一些现实问题将会被很快得到解决，最大程度上提升焊接机器人的智能化水平与柔性自动化识别。

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