焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展

焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵字：焊接柔性跟蹤調(diào)控著的因素的推動(dòng)，焊接制造工藝正經(jīng)歷著從手工焊到自動(dòng)焊的過(guò)渡。焊接過(guò)程自動(dòng)化、機(jī)器人化以及智能化已成為焊接行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，智能化焊接技術(shù)已成為焊接界研究的新熱點(diǎn)。工作業(yè)逐步發(fā)展成一定規(guī)模的機(jī)械化、自動(dòng)化以及機(jī)器人焊接制造。性要求嚴(yán)格，焊接過(guò)程中缺乏“柔性”和適應(yīng)性，表現(xiàn)出明顯的缺點(diǎn)。機(jī)器人，推進(jìn)機(jī)器人焊接的智能化水平提高。來(lái)，機(jī)器人的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：應(yīng)用受到很大限制。得的信息，靈活調(diào)整工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。能力。（系統(tǒng)）方向發(fā)展。期是大學(xué)和科研院所的自發(fā)性的研究。到80年代中期，全國(guó)沒有一“七五”攻關(guān)計(jì)劃將工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)列入了與此同時(shí)于1986年將發(fā)展機(jī)器人列入國(guó)家"863"高科技計(jì)劃"863"計(jì)劃實(shí)施五周年之際，鄧小平同志提出了"發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化"的目標(biāo)。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展的推動(dòng)下，以及對(duì)機(jī)器人技術(shù)研究的技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，863主題專家組及時(shí)對(duì)主攻方向進(jìn)行了調(diào)整和延帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針，以后又列入國(guó)家"八五"和"九五"中。經(jīng)過(guò)十幾年的持續(xù)努力，在國(guó)家的組織和支持下，我國(guó)焊接夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)。我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、用戶。早在70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海進(jìn)了3臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時(shí)“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，可以說(shuō)90年代以來(lái)的技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)設(shè)備、增加，以及列車提速的需求，機(jī)器人的需求一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。焊機(jī)器人為主，主要分布在工程機(jī)械（10%）、摩托車（6%幾大汽車制造廠，從中還能看出，我國(guó)焊接機(jī)器人的衡，也不夠廣泛。進(jìn)入21世紀(jì)由于國(guó)外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業(yè)年都有近千臺(tái)的數(shù)量增長(zhǎng)。估計(jì)我國(guó)目前焊接機(jī)器人4000臺(tái)左右。汽車行業(yè)焊接機(jī)器人所占的比例會(huì)進(jìn)一步提高。公司產(chǎn)品。特別是近兩年新安裝的機(jī)器人焊接系統(tǒng)中已經(jīng)看不到不能批量生產(chǎn)，形成規(guī)模，有以下幾個(gè)主要原因：裝備都來(lái)從國(guó)外引進(jìn)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人幾乎找不到表演的舞臺(tái)。我們應(yīng)該承認(rèn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人無(wú)論從控制水平還是可靠經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，而且在實(shí)際生產(chǎn)中不斷地完善和提高，而我國(guó)則處于一種單件小批量的生產(chǎn)狀態(tài)。國(guó)內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠家處于幼兒期，還需要政府政策和資金的支持。一定的政策和資金支持，加速我國(guó)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展。術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人的價(jià)格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，及發(fā)展前景空間巨大。歸納起來(lái)采用焊接機(jī)器人有下列主要意義：1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量,保證其均一性。焊接影響較小,降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。的均一性。笨重的手工焊鉗，使工人從大強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。加明顯。定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確。改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。接工藝方法、遙控焊接技術(shù)等方面。器技術(shù)與控制理論方法為主，其中傳感技術(shù)的研究又以電弧傳感器件距離的變化而引起的焊接參數(shù)變化，來(lái)探測(cè)焊炬高度和左右偏差。電弧傳感器一般分為三類：并列雙絲電弧傳感器、擺動(dòng)電弧傳感器、于近代模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)以及應(yīng)用到焊接這個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)中使得焊縫跟蹤進(jìn)入了智能焊縫跟蹤的新時(shí)代。自動(dòng)編程技術(shù)是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。多機(jī)器人系統(tǒng)是指為完成某一任務(wù)由若干個(gè)機(jī)器人通過(guò)合作與調(diào)。對(duì)于由緊耦合子任務(wù)組成的復(fù)雜任務(wù)而言，協(xié)調(diào)問題尤其突出?？刂剖悄壳暗囊粋€(gè)研究熱點(diǎn)問題。機(jī)器人在研制、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、械手作為仿真對(duì)象，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)CAD技術(shù)和機(jī)器人學(xué)理遙控焊接是指人在離開現(xiàn)場(chǎng)的安全環(huán)境中對(duì)焊接設(shè)備和焊接過(guò)現(xiàn)完全的自主焊接，因此需要采用遙控焊接技術(shù)。目前美國(guó)、歐洲、進(jìn)行這方面的研究。4.6TCP（toolcenterpoint工具中心點(diǎn)）自動(dòng)校焊接機(jī)器人的工具中心點(diǎn)就是焊槍的焊絲的端點(diǎn)，因此TCP的發(fā)生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預(yù)見性因素導(dǎo)致TCP位置偏離。通常的做法是利用手動(dòng)進(jìn)行機(jī)器人TCP校零，但一般全過(guò)程需要組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過(guò)TCP支座時(shí)，激光傳感器都將記錄下在最少的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。近年來(lái)由于我國(guó)汽車、集裝箱、機(jī)車車輛、工程機(jī)熱輸入，熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接氣孔率低等。器人的應(yīng)用也推動(dòng)了這一先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。一個(gè)共用的送雙絲的電纜。為了防止同相位的兩個(gè)電弧的相互干擾，常采用脈沖MIG/脈沖MAG焊法，并保持兩個(gè)電弧輪流交替燃燒。無(wú)飛濺的過(guò)渡過(guò)程，真正做到“1個(gè)脈沖過(guò)渡1大小幾乎完全相同，其大小是由電弧功率來(lái)決定。Twinarc法的主司。Tandem法的主要廠家有德國(guó)的Cloos、奧地利Fronius和美國(guó)Lincoln公司。據(jù)德國(guó)Cloos公司介紹，采用Tandem法焊接2～3mm達(dá)24kg/h。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是激光焊接與氣體保護(hù)焊的聯(lián)合，兩種焊接熱源同時(shí)作用于一個(gè)焊接熔池。該技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在20世隨著激光器和電弧焊設(shè)備性能的提高，以及激光器價(jià)格的不斷降低，同時(shí)為了滿足生產(chǎn)的迫切需求，激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)近年來(lái)成為焊接領(lǐng)域最重要的研究課題之一。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)有多種形式的組合，有激光/TIG、激光/MAG和激光/MAG等。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)之所以受到青睞是由于其兼各熱源之長(zhǎng)熱影響區(qū)變小，降低了工件的變形，消除了起弧時(shí)的熔化不良缺陷。在這點(diǎn)上特別適合鋁及其合金的焊接。激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是對(duì)激光焊接的重大發(fā)展，焊接同樣板該技術(shù)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)激光焊接的普及將起重要的作用。的波形控制和模糊控制技術(shù)工作頻率在20～50KHZ，最高的可達(dá)200kHZ，焊接系統(tǒng)具有十分優(yōu)良的動(dòng)特性，非常適合機(jī)器人自動(dòng)化糊控制方法的焊接電源，可以更好保證焊縫熔寬和熔深的基本一致，另外，利用DSP的快速響應(yīng)，可以通過(guò)主控制系統(tǒng)的指令精確控制功能，適應(yīng)多種焊接方法對(duì)電源的要求。氣體保護(hù)焊接工藝，如雙絲氣體保護(hù)焊、T.M.E焊、熱絲TIG焊、還使焊接速度和熔敷效率提高數(shù)倍至幾十倍。伺服機(jī)器人焊鉗，就是利用伺服電機(jī)替代壓縮空氣做為動(dòng)力源的一種新型焊鉗。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：焊接參數(shù)數(shù)據(jù)，保證焊接質(zhì)量。業(yè)環(huán)境。(3)高生產(chǎn)效率伺服焊鉗的加壓開放動(dòng)作由機(jī)器人來(lái)自動(dòng)控制。節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率。因此，伺服焊鉗還不能被廣泛采用。但是，考慮到伺服焊鉗的優(yōu)勢(shì)，焊鉗會(huì)越來(lái)越多應(yīng)用于生產(chǎn)線上。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究、發(fā)展與應(yīng)用，有力地推動(dòng)重要的作用。展趨勢(shì)看，智能化控制技術(shù)將是焊接機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的主要方向。焊接機(jī)器人視覺控制技術(shù)是通過(guò)對(duì)焊接區(qū)圖像進(jìn)行采集產(chǎn)生視頻信號(hào)送至圖像處理機(jī)，對(duì)圖像進(jìn)行快速處理并提取跟蹤特征參量，爍來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的焊縫跟蹤，典型的例子是利用帶有CCD攝像機(jī)的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)焊接熔池行為進(jìn)行觀察和控制?，F(xiàn)在，基于激光三角形的視覺系統(tǒng)具有高度的靈活性而且價(jià)格低、精度高、應(yīng)焊接機(jī)器人焊接優(yōu)先選用的視覺系統(tǒng)。效解決精度較低、自適應(yīng)能力有限及設(shè)備產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象等問題。制領(lǐng)域的滲透。用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)適應(yīng)性、魯棒性均較好，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立焊接過(guò)程模型從而解決線性控制方法所不能克服的問絡(luò)控制系統(tǒng)中使用較多的是前饋式多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。嵌入式系統(tǒng)以其小型、專用、易攜帶、可靠性高的特點(diǎn)，已經(jīng)液晶顯示器，可以替代CRT顯示器在控制系統(tǒng)中所扮演的角色，具有更好的控制性能嵌入式為焊接工藝的在線監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)方法，它能確保焊接質(zhì)量“零缺陷”的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越的特性，系統(tǒng)集成商在機(jī)器人工作站及簡(jiǎn)單的焊裝線的設(shè)計(jì)開發(fā)方面具有了裝線都是由國(guó)外機(jī)器人系統(tǒng)集成商設(shè)計(jì)制造的。我國(guó)的機(jī)器人系統(tǒng)集成商來(lái)說(shuō)如何抓住機(jī)遇是當(dāng)前要題，從另一方面講也決定著國(guó)產(chǎn)焊接機(jī)器人的命運(yùn)。收國(guó)外汽車焊裝線。2建)立自己的焊接裝備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)模，提高設(shè)計(jì)水平和效率。3)加強(qiáng)人才培養(yǎng)建設(shè)。機(jī)器人焊接生產(chǎn)線是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到機(jī)械、電氣、物流傳輸、計(jì)算機(jī)、汽車設(shè)計(jì)制造、機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)等多種學(xué)科，而我國(guó)目前還沒有關(guān)于這方面較為系統(tǒng)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。4)加強(qiáng)與國(guó)外公司的合作，通過(guò)合作學(xué)習(xí)提高自己的設(shè)計(jì)水平。的不斷發(fā)展，焊接機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域還有很多亟待我們?nèi)パ芯康膯栴}，要方向。目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，焊接機(jī)器人和其它工業(yè)機(jī)器人一樣，不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展。具體而言，表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：通過(guò)有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比。例如，以德國(guó)KUKA公司為代表的機(jī)器人公司，已將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。例如，關(guān)節(jié)模塊中的伺服電式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工，這是此類產(chǎn)品。2)機(jī)器人控制系統(tǒng)：制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜全數(shù)字控制。人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)，在某些領(lǐng)域的離線編程已實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。3)機(jī)器人傳感技術(shù)：機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加適應(yīng)性。遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。4)網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本YASKAWA和德國(guó)KUKA公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。在一些諸如核輻射、深水、有毒等高危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行焊接或其它情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。6)虛擬機(jī)器人技術(shù)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。7)機(jī)器人性能價(jià)格比：機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集統(tǒng)的可靠性MTBF一般為幾千小時(shí)，而現(xiàn)在已達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，可以滿足任何場(chǎng)合的需求。8)多智能體調(diào)控技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。近年來(lái)，人類的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向局部的自主規(guī)劃能力等，是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。各個(gè)領(lǐng)域，成為人類良好的助手和親密的伙伴。力的重要途徑。我國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，尚處于工業(yè)化進(jìn)程之中，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)然而目前我國(guó)裝備制造業(yè)的整體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有較大的其他行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問題之一。21世紀(jì)基礎(chǔ)制造裝備的水平主要體現(xiàn)在高精度、高效率、低成本同時(shí)提高制造效率。精密成形技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已得