智能化機(jī)器人焊接技術(shù)研究進(jìn)展

劉鑫+趙麗麗

摘 要 近幾年來，我國的先進(jìn)制造技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，焊接技術(shù)更是迎來了一個自動化的春天。這種環(huán)境下，能夠進(jìn)行焊接的智能化機(jī)器人的出現(xiàn)更是為該領(lǐng)域帶來了一種前所未有的體驗。智能化機(jī)器人的出現(xiàn)為焊接技術(shù)的智能化提供了飛翔的翅膀，同時這種智能機(jī)器人的焊接技術(shù)也成為了中國自動化技術(shù)的主要發(fā)展導(dǎo)向，下面結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對智能化機(jī)器人焊接技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行相關(guān)討論，希望能夠為廣大的同行業(yè)從業(yè)者提供一定的理論參考和幫助。

關(guān)鍵詞 智能機(jī)器人；焊接技術(shù)；研究；進(jìn)展

中圖分類號 TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0019-02

伴隨著制造技術(shù)的卓越發(fā)展，焊接產(chǎn)品的柔性化、智能化與全自動化已經(jīng)成為了整個的發(fā)展趨勢。早在20世紀(jì)60年代焊接就已經(jīng)產(chǎn)生，經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，目前智能焊接技術(shù)機(jī)器人已經(jīng)走過了三個階段的發(fā)展歷程，分別為第一階段的再現(xiàn)示教階段、第二階段的離線編程階段與目前的自主變程階段。這其中世界互聯(lián)網(wǎng)與計算機(jī)技術(shù)得到了較大進(jìn)步，直接為焊接機(jī)器人走向多元化舞臺、智能化舞臺和柔性化舞臺奠定了夯實基礎(chǔ)。而焊接技術(shù)更是在近幾年的技術(shù)革命中得到了充分的推進(jìn)，可以說，傳統(tǒng)的手工焊接工藝將會在不遠(yuǎn)的明天完全退出舞臺，從而被高智能化的機(jī)器人焊接技術(shù)所取代，由于這種焊接參數(shù)與焊接路徑都是需要結(jié)合實際工作情況來進(jìn)行提前設(shè)置的，所以在整個焊接工作開展的過程中缺少了外部信息傳感與實時調(diào)整功能。這種情況下，在焊接的過程中、特別是弧焊的過程中各個工件的受熱程度被散熱條件進(jìn)行著制約，極易造成熔透凹凸不平與焊道變形等問題。為了能夠突破這種瓶頸，智能焊接機(jī)器人的制造者們通過提升不確定因素帶來的焊接影響進(jìn)行了仔細(xì)研究，最終以提升焊接機(jī)器人的整體智能化操作水平與工作準(zhǔn)確行為出發(fā)點，實現(xiàn)了焊接機(jī)器人在進(jìn)行弧焊操作的過程中，既兼顧了空間焊縫、焊點的實時監(jiān)控與更總，同時還完成了焊接參數(shù)的實時調(diào)整與焊接技術(shù)的時刻控制。而在進(jìn)行智能化機(jī)器人焊接技術(shù)工藝的革新過程中，我們更是在提升復(fù)雜的焊接工藝技術(shù)的同時，完成了焊接效果、焊接質(zhì)量的綜合提升，這為人們展開對極端環(huán)境下展開焊接技術(shù)提供了技術(shù)支撐。我們可以預(yù)見到在不久的將來這種制造業(yè)領(lǐng)域的主流焊接技術(shù)，將會脫離按部就班的流水線工作，邁入到全新的智能化平臺開展工作。

1 智能化機(jī)器人焊接技術(shù)的構(gòu)成

作為多門學(xué)科融會貫通的產(chǎn)物，現(xiàn)代化智能機(jī)器人焊接技術(shù)將傳統(tǒng)與現(xiàn)代工藝進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過計算機(jī)事先做好的程序開展操控，將最先進(jìn)、最智能化的焊接技術(shù)應(yīng)用到了我國。而通過一段時間的技術(shù)摸索與開發(fā)，最終實現(xiàn)了智能化焊接技術(shù)機(jī)器人的操控性與對周圍環(huán)境的時刻監(jiān)控與判斷，通過這種指引智能機(jī)器人來展開一系列的智能化焊接技術(shù)，我們的智能化焊接技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了既定的監(jiān)控管理、調(diào)度規(guī)劃等多元化功能，再讓焊接效率得到大幅度提升的同時，使得整個的智能焊接流程變得更加清晰、明確，為人工管理與集中整合管理協(xié)調(diào)奠定了堅實基礎(chǔ)。另外，這種智能化的焊接新手段不僅具有較強(qiáng)的精確性，同時還很大程度上避免了傳統(tǒng)手工工藝焊接環(huán)節(jié)中所造成的人為失誤，最大程度上保證焊接生產(chǎn)任務(wù)的可控性與多元性，可以說智能化焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用最大程度上率先完成了與人工技術(shù)的完美結(jié)合，成為了焊接技術(shù)與焊接藝術(shù)的一道橋梁。

2 智能化機(jī)器人的焊接技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)展研究

2.1 焊接自主規(guī)劃系統(tǒng)

作為智能機(jī)器人焊接技術(shù)的重要組織部分之一，它的焊接自主規(guī)劃性已經(jīng)得到了最大程度的發(fā)揚。同時也將傳統(tǒng)的單調(diào)性機(jī)械焊接工藝變得更加生動、可控。特別是一些自主規(guī)劃系統(tǒng)的完成，也讓智能焊接機(jī)器人不在對單一的命令進(jìn)行機(jī)械性操作與執(zhí)行，更多是結(jié)合機(jī)器人的邏輯思維系統(tǒng)，將現(xiàn)代化智能思維與監(jiān)控進(jìn)行了有機(jī)融合。特別是對于一些弧焊技術(shù)，由于其所涉及的關(guān)節(jié)較多、設(shè)置較為復(fù)雜，而智能焊接機(jī)器人的引入便將整個的焊接手段變得柔化起來。另外，由于智能化機(jī)器人其本身便是代表著現(xiàn)代化的計算機(jī)技術(shù)，而融入了焊接程序的智能化機(jī)器人更是具有機(jī)械關(guān)節(jié)靈活的優(yōu)點，它在不斷的革新過程中完成了很多傳統(tǒng)機(jī)器人甚至人類便可完成的指令與動作，將原本機(jī)械化的焊接過程變得柔性化。在實踐過程中，傳感視覺、焊縫信息獲取與規(guī)劃傳感器作為焊接智能機(jī)器人的主要技術(shù)核心，它們通過微處理的支撐來實現(xiàn)機(jī)械關(guān)節(jié)上的動感接受自主規(guī)劃，這個系統(tǒng)能夠幫助智能機(jī)器人更好、更精確地完成焊接任務(wù)。

2.2 智能化機(jī)器人的柔性制造系統(tǒng)

上面已經(jīng)提到，智能化焊接機(jī)器人在開展多關(guān)節(jié)設(shè)備的工作中，本身就增強(qiáng)了柔性制造管理層次。而在這種柔性制造系統(tǒng)的作用下，焊接機(jī)器人對于整個的焊接技術(shù)展開了充分的融合協(xié)作。特別是在智能化機(jī)器人與多個Agent展開協(xié)調(diào)性合作的時候，基本能夠?qū)崿F(xiàn)宏觀的柔性系統(tǒng)提升。這種系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在相對復(fù)雜而又精密的工種作業(yè)中，例如航空航天制造業(yè)、船舶制造業(yè)以及精密儀器制造領(lǐng)域等。而在我國這項技術(shù)被廣泛應(yīng)用在汽車制造領(lǐng)域中，在促進(jìn)我國汽車領(lǐng)域發(fā)展的同時，完成了企業(yè)成本節(jié)約、挖潛增效的延伸作用，最大程度上減少了企業(yè)的生產(chǎn)人工成本、降低了廢品出？產(chǎn)率。

2.3 智能化機(jī)器人的焊縫跟蹤技術(shù)

焊縫跟蹤與導(dǎo)引技術(shù)主要是指通過智能化機(jī)器人的程序控制，來對一些有效、嚴(yán)密的焊縫工藝進(jìn)行系統(tǒng)跟蹤，通過指令來對特定焊點、焊位進(jìn)行有效引導(dǎo)，從而完成一系列的嚴(yán)密的特定焊接任務(wù)。同時這種技術(shù)也是未來智能化焊接機(jī)器人的主要發(fā)展計劃，這種焊接系統(tǒng)能夠充分的滿足焊接工作的針對性，特別是在一些條件非常惡劣的環(huán)境中，依舊可以完成精準(zhǔn)、迅速的焊接任務(wù)。而在現(xiàn)實的焊接工作中，我們針對機(jī)器人的焊接作業(yè)環(huán)節(jié)來看，它的運動主要需要通過焊接初始化的引導(dǎo)語無縫焊接技術(shù)電子眼跟蹤控制相結(jié)合而完成，同時這也是提升焊接機(jī)器人在進(jìn)行操作過程中完善焊接準(zhǔn)確率與工作效率的根本要素之一。所以在實際的焊接技術(shù)工作環(huán)節(jié)中我們必須要重視提升焊接機(jī)器人的智能化與操作流程的規(guī)范化，以此來滿足社會各個領(lǐng)域?qū)τ诤附蛹夹g(shù)與焊接手段的需求。

3 智能化機(jī)器人焊接技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)向

1）朝著多元化傳感信息發(fā)展。傳感技術(shù)已經(jīng)被充分的利用到了多個領(lǐng)域當(dāng)中，智能焊接機(jī)器人的發(fā)展同樣也在朝著這個方向發(fā)展。不過單一的傳感器信息卻無法對智能機(jī)器人需求產(chǎn)生強(qiáng)大支撐，這種情況下則催生了多種多元化的傳感信息基礎(chǔ)的出現(xiàn)，以此來保證智能焊接機(jī)器人在操作過程中做出正確的判斷和理解。與此同時，焊接機(jī)器人的多元化傳感信息發(fā)展也包含著較強(qiáng)的視覺引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用，在實踐工作中通過對視覺和圖像識別的過程中，通過不斷修訂完成了智能化焊接機(jī)器人在焊接技術(shù)過程中的焊位引導(dǎo)、焊縫跟蹤。

2）向著虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用主要是站在空間性與時間性角度，通過分解、再次組合而形成的新技術(shù)。其最大特點便是能夠利用現(xiàn)實虛擬、傳感技術(shù)的臨場效果、多媒體技術(shù)等滿足人機(jī)互動的溝通，最終實現(xiàn)虛擬操控機(jī)器人完成焊接任務(wù)。我們想要在實踐的工作中能夠?qū)χ悄芎附訖C(jī)器人進(jìn)行虛擬化操作，就必須要通過這個目標(biāo)來制定一種可控性較強(qiáng)的建模，只有這樣才能夠利用虛擬操作來對焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接熔池的動態(tài)管理。而在提升智能焊接機(jī)器人的動態(tài)過程管理中，我們每一名技術(shù)人員和操作人員還應(yīng)當(dāng)充分的考慮到焊接過程的復(fù)雜性。并通過焊接機(jī)器人的虛擬技術(shù)發(fā)展，來彌補(bǔ)這一環(huán)節(jié)所容易出現(xiàn)的問題。這些因素主要包括虛擬現(xiàn)實焊接動態(tài)管理、虛擬現(xiàn)實熔池動態(tài)模擬以及相關(guān)的智能控制。

3）向著模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)發(fā)展。這個技術(shù)的實現(xiàn)離不開神經(jīng)元個數(shù)、訓(xùn)練樣本數(shù)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素的支撐。特別是在模糊控制過程中，模糊化的關(guān)系矩陣計算、隸屬函數(shù)的選擇都是實現(xiàn)其應(yīng)用的主要環(huán)節(jié)，這些問題的早日解決能夠使得智能焊接機(jī)器人在進(jìn)行焊接熔池的動態(tài)工作中，更加具備智能化。同時，在取得這種工藝的時候人類將會對智能化機(jī)器人的焊接技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行更加精準(zhǔn)、及時的監(jiān)控，特別是其中所囊括的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性都會很大程度上滿足焊接工作的最終質(zhì)量。所以我們每一名智能化機(jī)器人研究人員必須要對此展開大量的研究與推理、實驗，通過解決這些問題來早日實現(xiàn)焊接機(jī)器人的模糊化與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用。另外，特別是在弧焊工作環(huán)節(jié)中，智能化機(jī)器人更是通過離線編程技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的束縛、實現(xiàn)了一個較為完整的弧焊機(jī)器人焊接任務(wù)的具體描述，這種描述包括圖形的仿真性與語言的編程完整性、操作手途徑細(xì)分規(guī)劃、力學(xué)與運動學(xué)的優(yōu)化計算、焊接任務(wù)路徑的關(guān)節(jié)設(shè)計、動畫仿真焊接規(guī)劃、終極規(guī)劃效果修正。

4）向著焊接機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)集成化發(fā)展。結(jié)合上述3大方面的焊接引導(dǎo)語焊縫識別發(fā)展趨勢，智能化焊接機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)完全朝著一個全新的領(lǐng)域進(jìn)行展開。特別是對于一些艱難、困險的焊縫跟蹤、熔池焊接虛擬提取、視覺特征提取、知識模型建立以及焊縫與熔透智能控制實現(xiàn)了集成化管理，最終將信息與數(shù)據(jù)匯總到了整個機(jī)器人的中心控制平臺，以局部的環(huán)境供給來完成了智能化焊接機(jī)器人的提升與革命性創(chuàng)新。

5）向著智能化機(jī)器人的柔性系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展。為了能夠使得焊接智能機(jī)器人在工作中更加具備圍觀連續(xù)性，我們在焊接柔性制造系統(tǒng)與焊接柔性制約單元上面進(jìn)行了離散性的設(shè)計。同時我們在開展設(shè)計工作與實施工作的環(huán)節(jié)中，為了能夠迎合整個的智能焊接柔性離散時間控制理論，在進(jìn)行的過程中就要融入更多的多元化傳感信息，通過這種構(gòu)成來對加工單元的集成、加工單元的柔性組建包括焊接柔性實時調(diào)度控制進(jìn)行系統(tǒng)化的革新與技術(shù)上的突破。而這種柔性系統(tǒng)化智能應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，則是體現(xiàn)在了焊接機(jī)器人與焊接搬運智能機(jī)器人層面，通過對于各種完善的設(shè)備工裝與生產(chǎn)資源的綜合整合，來進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)?？梢哉f經(jīng)過多年的演變與革新，現(xiàn)在已經(jīng)成為了DAI（分布式柔性人工智能）的佼佼者，而在現(xiàn)實的焊接柔性制造領(lǐng)域中，上文提到了Agent協(xié)調(diào)服務(wù)工作系統(tǒng)更是為工業(yè)化的生產(chǎn)任務(wù)完成和生產(chǎn)設(shè)備的協(xié)調(diào)提供了根本保證，同時也為新時期下的人機(jī)互動帶來了更為廣闊的天地。

4 結(jié)論

綜上所述，我國的智能化焊接機(jī)器人與相應(yīng)的智能化焊接技術(shù)已經(jīng)被充分的應(yīng)用在了各大領(lǐng)域中，特別是航天航空的裝備焊接技術(shù)、汽車與造船領(lǐng)域的無縫焊接技術(shù)應(yīng)用，均受到了整個智能化焊接手段的促進(jìn)，同時也有了明顯的成效，從一個角度來看這也充分驗證了智能化機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用潛力與應(yīng)用廣度。另一方面，對于一些特殊環(huán)境與極端環(huán)境下的自主焊接過程的遠(yuǎn)程控制，更是需要結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)與智能機(jī)器人焊接技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。只有這樣我們才能夠結(jié)合實際領(lǐng)域發(fā)展需要，通過對應(yīng)用過程中出現(xiàn)的示教再現(xiàn)型焊接機(jī)器人的相關(guān)問題，展開半結(jié)構(gòu)空間領(lǐng)域的籌劃，而本文所列舉的這些智能化焊接關(guān)鍵技術(shù)與前景展望，對任何一種特定的焊接環(huán)境均存在較大的通用性。與此同時，智能化焊接機(jī)器人的產(chǎn)生作為整個焊接技術(shù)中的綜合性技術(shù)載體，它不僅僅是未來焊接領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，同時也是時代進(jìn)步的發(fā)展。相信有了每一名智能化焊接技術(shù)工作人員的研發(fā)與探索，一些現(xiàn)實問題將會被很快得到解決，最大程度上提升焊接機(jī)器人的智能化水平與柔性自動化識別。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭明宇，王曉亮.智能化機(jī)器人在焊接技術(shù)中的實踐引用[J].電焊機(jī)，2014（11）.

[2]徐振東，張高亮.給予DSC工藝下的焊接機(jī)器人控制器設(shè)計[J].熱加工工藝，2015（12）.

[3]徐克東，張征兵，董允菊.焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展[J].教育學(xué)，2015（2）.

[4]陳善本.智能化機(jī)器人焊接技術(shù)研究進(jìn)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2007（3）：8-11.

[5]張華軍.機(jī)器人焊接技術(shù)[J].世界科學(xué)，2014（5）.

[6]郭金霞.智能化機(jī)器人焊接技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國機(jī)械，2014（3）：105-106.

[7]陳華斌，黃紅雨，林濤，等.機(jī)器人焊接智能化技術(shù)與研究現(xiàn)狀[J].電焊機(jī)，2013，43（4）：8-15.

[8]王恩浩.焊接機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（17）：3-4.

[9]張嘉強(qiáng).智能化機(jī)器人焊接技術(shù)研究[J].科技展望，2016（4）.