1、.：.；焊接機器人技術的開展關鍵字： 焊接 柔性 跟蹤 調控 高精度 自動化摘要：焊接是制造業中重要的加工工藝方法之一，由于諸多飛速開展著的要素的推進，焊接制造工藝正閱歷著從手工焊到自動焊的過渡。焊接過程自動化、機器人化以及智能化已成為焊接行業的開展趨勢，智能化焊接技術已成為焊接界研討的新熱點。傳統的焊接工藝實施主要依托手工操作和人工閱歷，具有環境惡劣、勞動強度高、消費效率低、產質量量不穩定的特點，難以實現高精度的焊接要求。隨著計算機與自動化技術的浸透，曾經由傳統的手任務業逐漸開展成一定規模的機械化、自動化以及機器人焊接制造。由于焊接機器人具有高效率、質量穩定、通用性強、任務可靠的優點，遭到人

2、們越來越多的注重。在焊接消費中采用機器人技術，可以提高消費率、改善勞動條件、穩定和保證焊接質量、實現小批量產品的焊接自動化。采用機器人焊接已成為焊接自動化技術現代化的主要標志。目前，國內外大量運用的焊接機器人系統，從整體上看根本都屬于示教再現型的焊接機器人。這類焊接機器人對焊接作業條件的穩定性要求嚴厲，焊接過程中缺乏“柔性和順應性，表現出明顯的缺陷。為了抑制機器人焊接過程中各種不確定性要素對焊接質量的影響，提高機器人作業的智能化程度和任務的可靠性，研討探求智能化焊接機器人的關鍵技術已成為必需。為了改良示教再現型焊接機器人的順應功能，需求從模擬焊工察看覺得、思索決策、以及協調操作等人工智能行為入

3、手，研討智能焊接機器人的關鍵技術，并開展智能型的焊接機器人，推進機器人焊接的智能化程度提高。內容：1、焊接機器人的開展歷程自從世界上第一臺工業機人UNIMATE于1959年在美國誕生以來，機器人的運用和技術開展閱歷了三個階段：第一代是示教再現型機器人。這類機器人操作簡單，不具備外界信息的反響才干，難以順應任務環境的變化，在現代化工業消費中的運用遭到很大限制。第二代是具有感知才干的機器人。這類機器人對外界環境有一定的感知才干，具備如聽覺、視覺、觸覺等功能，任務時借助傳感器獲得的信息，靈敏調整任務形狀，保證在順應環境的情況下完成任務。第三代是智能型機器人。這類機器人不但具有覺得才干，而且具有獨立判

4、別、行動、記憶、推理和決策的才干，能順應外部對象、環境協調地任務，能完成更加復雜的動作，還具備缺點自我診斷及修復才干。由于早期的焊接機器人缺乏“柔性，焊接途徑和焊接參數須根據實踐作業條件預先設置，任務時存在明顯的缺陷。隨著計算機控制技術、人工智能技術以及網絡控制技術的開展，焊接機器人也由單一的單機示教再現型向以智能化為中心的多傳感、智能化的柔性加工單元系統方向開展。我國開發工業機器人晚于美國和日本，起于20世紀70年代，早期是大學和科研院所的自發性的研討。到80年代中期，全國沒有一臺工業機器人問世。而在國外，工業機器人曾經是個非常成熟的工業產品，在汽車行業得到了廣泛的運用。鑒于當時的國內外情勢

5、，國家“七五攻關方案將工業機器人的開發列入了方案，對工業機器人進展了攻關，特別是把運用作為考核的重要內容，這樣就把機器人技術和用戶嚴密結合起來，使中國機器人在起步階段就瞄準了適用化的方向。與此同時于1986年將開展機器人列入國家863高科技方案。在國家863方案實施五周年之際，鄧小平同志提出了開展高科技，實現產業化的目的。在國內市場開展的推進下，以及對機器人技術研討的技術貯藏的根底上，863主題專家組及時對主攻方向進展了調整和延伸，將工業機器人及運用工程作為研討開發重點之一，提出了以運用帶動關鍵技術和根底研討的開展方針，以后又列入國家八五和九五中。經過十幾年的繼續努力，在國家的組織和支持下，我

6、國焊接機器人的研討在根底技術、控制技術、關鍵元器件等方面獲得了艱苦進展，并已進入運用化階段，構成了點焊、弧焊機器人系列產品，可以實現小批量消費。2、焊接機器人的運用情況： 我國焊接機器人的運用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等幾個主要行業。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機廠與上海電開工具研討所，協作研制的直角坐標機械手，勝利地運用于上海牌轎車底盤的焊接。一汽是我國最早引進焊接機器人的企業，1984年起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時“紅旗牌轎車的車身焊接和“解放牌車身頂蓋的焊接。1986年勝利將焊接機器人運用于前圍總成的焊接，并于1

7、988年開發了機器人車身總焊線 。80年代末和90年代初，德國群眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠消費轎車，雖然是國外的二手設備，但其焊接自動化程度與配備程度，讓我們認識到了與國外的宏大差距。隨后二汽在貨車及輕型車工程中都引進了焊接機器人。可以說90年代以來的技術引進和消費設備、工藝配備的引進使我國的汽車制造程度由原來的作坊式消費提高到規模化消費，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國根底設備建立的高速開展帶動了工程機械行業的昌盛，工程機械行業也成為較早援用焊接機器人的行業之一。近年來由于我國經濟的高速開展，能源的大量需求，與能源相關的制造行業也都開場尋求自動化焊接技術，焊接機器人逐漸嶄

8、露頭角。鐵路機車行業由于我國貨運、客運、城市地鐵等需求量的不斷添加，以及列車提速的需求，機器人的需求不斷處于穩步增長態勢。據2001年統計，全國共有各類焊接機器人1040臺，汽車制造和汽車零部件消費企業中的焊接機器人占全部焊接機器人的76%。在汽車行業中點焊機器人與弧焊機器人的比例為3：2，其他行業大都是以弧焊機器人為主，主要分布在工程機械10%、摩托車6%、鐵路車輛4%、鍋爐1%等行業。焊接機器人也主要分布在全國幾大汽車制造廠， 從中還能看出，我國焊接機器人的行業分布不平衡，也不夠廣泛。 進入21世紀由于國外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業迅猛開展，我國汽車行業的機器人安裝臺數迅速添加，2002

9、、2003、2004年每年都有近千臺的數量增長。估計我國目前焊接機器人的安裝臺數在4000臺左右。汽車行業焊接機器人所占的比例會進一步提高。 目前在我國運用的機器人主要分日系、歐系和國產三種。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國產機器人主要是沈陽新松機器人公司產品。 目前在我國運用的工業機器人中，國產機器人的數量缺乏100臺，特別是近兩年新安裝的機器人焊接系統中曾經看不到中國機器人的身影，雖然我國曾經具有自主知識產權的焊接機器人系列產品，但卻不能批量消費，構成規模，

10、有以下幾個主要緣由： 國內機器人價錢沒有優勢。近10年來，進口機器人的價錢大幅度降低，從每臺78萬美圓降低到23萬美圓，使我國自行制造的普通工業機器人在價錢上很難與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步開展相應的零部件產業，如伺服電機、減速機等需求進口，使價錢難以降低，所以機器人消費本錢降不下來；我國焊接配備程度與國外還存在很大差距，這一點也間接影響了國內機器人的開展。對于機器人的最大用戶汽車白車身消費廠來說，目前幾乎一切的配備都來從國外引進，國產機器人幾乎找不到扮演的舞臺。 我們應該成認國產機器人無論從控制程度還是可靠性等方面與國外公司還存在一定的差距。國外工業機器人是個非常成熟的工

11、業產品，閱歷了30多年的開展歷程，而且在實踐消費中不斷地完善和提高，而我國那么處于一種單件小批量的消費形狀。 國內機器人消費廠家處于幼兒期，還需求政府政策和資金的支持。焊接機器人是個機電一體化的高技術產品，單靠企業的本身才干是不夠的，需求政府對機器人消費企業及運用國產機器人系統的企業給予一定的政策和資金支持，加速我國國產機器人的開展。當前焊接機器人的運用迎來了難得的開展機遇。一方面，隨著技術的開展，焊接機器人的價錢不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動力本錢不斷上升，我國由制造大國向制造強國邁進，需求提升加工手段，提高產質量量和加強企業競爭力，這一切預示著機器人運用及開展前景空間宏大。3、運用

12、焊接機器人的意義 焊接機器人之所以可以占據整個工業機器人總量的40%以上，與焊接這個特殊的行業有關，焊接作為工業“裁縫，是工業消費中非常重要的加工手段，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的任務環境又非常惡劣，焊接質量的好壞對產質量量起決議性的影響。歸納起來采用焊接機器人有以下主要意義： 1穩定和提高焊接質量,保證其均一性。焊接參數如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等對焊接結果起決議作用。采用機器人焊接時對于每條焊縫的焊接參數都是恒定的，焊縫質量受人的要素影響較小,降低了對工人操作技術的要求，因此焊接質量是穩定的。而人工焊接時，焊接速度、干伸長等都是變化的，因此很難做到質量的均一

13、性。 2改善了工人的勞動條件。采用機器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等，對于點焊來說工人不再搬運笨重的手工焊鉗，使工人從大強度的膂力勞動中解脫出來。 3提高勞動消費率。機器人沒有疲勞，一天可24小時延續消費，另外隨著高速高效焊接技術的運用，運用機器人焊接，效率提高的更加明顯。 4產品周期明確，容易控制產品產量。機器人的消費節拍是固定的，因此安排消費方案非常明確。 5可縮短產品改型換代的周期,減小相應的設備投資。可實現小批量產品的焊接自動化。機器人與專機的最大區別就是他可以經過修正程序以順應不同工件的消費。 4、焊接機器人的技術研討機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學

14、、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而構成的高新技術，當前對機器人技術的研討非常活潑。從目前國內外研討現狀來看，焊接機器人技術研討主要集中在焊縫跟蹤技術、離線編程與途徑規劃技術、多機器人協調控制技術、公用弧焊電源技術、焊接機器人系統仿真技術、機器人用焊接工藝方法、遙控焊接技術等方面。4.1 焊縫跟蹤技術的研討焊接機器人施焊過程中，由于環境要素的影響，如：強弧光輻射、高溫、煙塵、飛濺、坡口情況、加工誤差、夾具裝夾精度、外表形狀和工件熱變形等，實踐焊接條件的變化往往會導致焊炬偏離焊縫，從而呵斥焊接質量下降甚至失敗。焊縫跟蹤技術的研討就是根據焊接條件的變化要求弧焊機器人可以實時檢測出焊縫的偏向

15、，并調整焊接途徑和焊接參數，保證焊接質量的可靠性。焊縫跟蹤技術的研討以傳感器技術與控制實際方法為主， 其中傳感技術的研討又以電弧傳感器和光學傳感器為主。電弧傳感器是從焊接電弧本身直接提取焊縫位置偏向信號，實時性好，焊槍運動靈敏，符合焊接過程低本錢自動化的要求，適用于熔化極焊接場所。電弧傳感的根本原理是利用焊炬與工件間隔 的變化而引起的焊接參數變化，來探測焊炬高度和左右偏向。電弧傳感器普通分為三類：并列雙絲電弧傳感器、擺動電弧傳感器、旋轉式掃描電弧傳感器，其中旋轉電弧傳感器比前兩者的偏向檢測靈敏度高，控制性能較好。光學傳感器的種類很多，主要包括紅外、光電、激光、視覺、光譜和光纖式，光學傳感器的研

16、討又以視覺傳感器為主，視覺傳感器所獲得的信息量大，結合計算機視覺和圖像處置的最新技術，大大加強弧焊機器人的外部順應才干。激光跟蹤傳感具有優越的性能，成為最有出路、開展最快的焊接傳感器。另一方面，由于近代模糊數學和神經網絡的出現以及運用到焊接這個復雜的非線性系統中使得焊縫跟蹤進入了智能焊縫跟蹤的新時代。4.2 離線編程與途徑規劃技術的研討機器人離線編程系統是機器人編程言語的拓廣，它利用計算機圖形學的成果，建立起機器人及其任務環境的模型，利用一些規劃算法，經過對圖形的控制和操作，在不運用實踐機器人的情況下進展軌跡規劃，進而產活力器人程序。自動編程技術的中心是焊接義務、焊接參數、焊接途徑和軌跡的規劃

17、技術針對弧焊運用，自動編程技術可以表述為在編程各階段中，可以輔助編程者完成獨立的、具有一定實施目的和結果的編程義務的技術，具有智能化程度高、編程質量和效率高等特點。離線編程技術的理想目的是實現全自動編程，即只需輸入工件的模型，離線編程系統中的專家系統會自動制定相應的工藝過程并最終生成整個加工過程的機器人程序。目前，還不能實現全自動編程，自動編程技術是當前研討的重點。4.3多機器人協調控制技術的研討多機器人系統是指為完成某一義務由假設干個機器人經過協作與協調組合成一體的系統。它包含兩方面的內容，即多機器人協作與多機器人協調。當給定多機器人系統某項義務時首先面臨的問題是如何組織多個機器人去完成義務

18、，如何將總體義務分配給各個成員機器人，即機器人之間怎樣進展有效地協作。當以某種機制確定了各自義務與關系后，問題變為如何堅持機器人間的運動協調一致，即多機器人協調。對于由緊耦合子義務組成的復雜義務而言，協調問題尤其突出。智能體技術是處理這一問題的最有力的工具，多智能體系統是研討在一定的網絡環境中，各個分散的、相對獨立的智能子系統之間經過協作，共同完成一個或多個控制造業義務的技術。多機器人焊接的協調控制是目前的一個研討熱點問題。4.4仿真技術的研討機器人在研制、設計和實驗過程中，經常需求對其進展運動學、動力學性能分析以及軌跡規劃設計，而機器人又是多自在度、多連桿空間機構，其運動學和動力學問題非常復

19、雜，計算難度很大。假設將機械手作為仿真對象，運用計算機圖形技術 技術和機器人學實際在計算機中構成幾何圖形，并動畫顯示，然后對機器人的機構設計、運動學正反解分析、操作臂控制以及實踐任務環境中的妨礙避讓和碰撞干涉等諸多問題進展模擬仿真，就可以處理研發過程中出現的問題。4.5 遙控焊接技術的研討遙控焊接是指人在分開現場的平安環境中對焊接設備和焊接過程進展遠程監視和控制，從而完成完好的焊接任務。在核電站設備的維修、海洋工程建立以及未來的空間站建立中都要用到焊接，這些環境中的焊接任務不適宜人類親臨現場，而目前的技術程度還不能夠實現完全的自主焊接，因此需求采用遙控焊接技術。目前美國、歐洲、日本等國對遙控焊

20、接進展了深化的研討，國內哈爾濱工業大學也正在進展這方面的研討。4.6 TCPtool center point工具中心點自動校零技術的研討 焊接機器人的工具中心點就是焊槍的焊絲的端點，因此TCP的零位精度直接影響著焊接質量的穩定性。但在實踐消費中不可防止會發生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預見性要素導致TCP位置偏離。通常的做法是利用手動進展機器人TCP校零，但普通全過程需求30min才干完成，影響消費效率。TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術，它的硬件設備是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當焊槍以不同姿態經過TCP支座時，激光傳感器都將記錄下的數據傳送到CPU與最初設定值進展比較與

21、計算。當TCP發生偏離時，機器人會自動運轉校零程序，自動對每根軸的角度進展調整，并在最少的時間內恢復TCP零位。4.7 雙絲焊接技術的研討 近年來由于我國汽車、集裝箱、機車車輛、工程機械等行業的高速開展，對高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來開展起來的一種高速高效焊接方法，焊接薄板時可以顯著提高焊接速度，到達36m/min，焊接厚板時可以提高熔敷效率。除了高速高效外，雙絲焊接還有其他的工藝特點：在熔敷效率添加時堅持較低的熱輸入，熱影響區小，焊接變形小，焊接氣孔率低等。 由于焊接速度非常高，特別適宜采用機器人焊接，因此可以說機器人的運用也推進了這一先進焊接技術的開展。 目前雙絲焊

22、主要有兩種方式：一種是Twin arc法，另一種為Tandem法。焊接設備的根本組成類似，都是由兩個焊接電源、兩個送絲機和一個共用的送雙絲的電纜。為了防止同相位的兩個電弧的相互關擾，常采用脈沖MIG/脈沖MAG焊法，并堅持兩個電弧輪番交替熄滅。這樣一來，就要求一個協同控制器保證兩個電源的輸出電流波形相位相差180。當焊接參數設置到最正確時，脈沖電弧能得到無短路、幾乎無飛濺的過渡過程，真正做到“1個脈沖過渡1個熔滴，每個熔滴的大小幾乎完全一樣，其大小是由電弧功率來決議。 Twin arc法的主要消費廠家有德國的SKS、Benzel和Nimark公司，美國的Miller公司。 Tandem法的主要

23、廠家有德國的Cloos、奧地利Fronius和美國Lincoln公司。據德國Cloos公司引見，采用Tandem法焊接23mm薄板時，焊接速度可達6m/min，焊接8mm以上厚板時，熔敷效率可達24kg/h。4.8 激光/電弧復合焊接技術 激光/電弧復合焊接技術是激光焊接與氣體維護焊的結合，兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池。該技術的研討最早出如今20世紀70年代末，但由于激光器的昂貴價錢，限制了其在工業中的運用。隨著激光器和電弧焊設備性能的提高，以及激光器價錢的不斷降低，同時為了滿足消費的迫切需求，激光/電弧復合焊接技術近年來成為焊接領域最重要的研討課題之一。 激光/電弧復合焊接技術有多種方

24、式的組合，有激光/TIG、激光/MAG和激光/MAG等。 激光/電弧復合焊接技術之所以遭到青睞是由于其兼各熱源之長而補各自之短，具有1 12或更多的“協同效應。與激光焊接相比，對裝配間隙的要求降低，因此降低了焊前工件制備本錢；另外由于有填充焊絲消除了激光焊接時存在的固有缺陷，焊縫更加致密。與電弧焊相比提高了電弧的穩定性和功率密度，提高了焊接速度和焊縫熔深，熱影響區變小，降低了工件的變形，消除了起弧時的熔化不良缺陷。在這點上特別適宜鋁及其合金的焊接。 激光/電弧復合焊接技術是對激光焊接的艱苦開展，焊接同樣板厚的資料可降低激光功率一半左右，因此大大降低了企業的投資本錢，該技術的開展對推進激光焊接的

25、普及將起重要的作用。4.9公用弧焊電源的研討在焊接機器人系統中，電器性能良好的公用弧焊電源直接影響焊接機器人的運用性能。目前，弧焊機器人普通采用熔化極氣體維護焊MIG 焊、MAG 焊、CO 焊或非熔化極氣體維護焊TIG、等離子弧焊方法，熔化極氣體維護焊焊接電源主要運用晶閘管電源與逆變電源。近年來，弧焊逆變器的技術已趨于成熟，機器人用的公用弧焊逆變電源大多為單片微機控制的晶體管式弧焊逆變器，并配以精細的波形控制和模糊控制技術任務頻率在 2050 KHZ，最高的可達200HZ，焊接系統具有非常優良的動特性，非常適宜機器人自動化和智能化焊接。還有一些特殊功能的電源，如適宜鋁及其鋁合金 TIG 焊的方

26、波交流電源、帶有專家系統的焊接電源等。目前有一種采用模糊控制方法的焊接電源，可以更好保證焊縫熔寬和熔深的根本一致，不僅焊縫外表美觀，而且還能減少焊接缺陷。弧焊電源不斷向數字化方向開展，其特點是焊接參數穩定，受網路電壓動搖溫升、元器件老化等要素的影響很小，具有較高的反復性，焊接質量穩定、成型良好。另外，利用 DSP的快速呼應，可以經過主控制系統的指令準確控制逆變電源的輸出，使之具有輸出多種電流波形和弧壓高速穩定調理的功能，順應多種焊接方法對電源的要求。4.10機器人用焊接工藝方法的研討 目前，弧焊機器人普遍采用氣體維護焊方法，主要是熔化極氣體維護焊，其次是鎢極氬氣維護焊，等離子弧焊、切割及機器人

27、激光焊數量有限，比例較低。興隆國家的弧焊機器人已普遍采用高速、高效氣體維護焊接工藝，如雙絲氣體維護焊、T.M.E 焊、熱絲TIG焊、熱絲等離子焊等先進的工藝方法，不僅有效地保證了優良的焊接接頭，還使焊接速度和熔敷效率提高數倍至幾十倍。4.11 伺服焊鉗技術的汽車裝焊工藝中的運用 伺服機器人焊鉗，就是利用伺服電機替代緊縮空氣做為動力源的一種新型焊鉗。它具有以下優點： (1)提高車身的外表質量 伺服焊鉗由于采用的是伺服電機，電極的動作速度在接觸到工件前，可由高速準確地調整到低速，這樣，就可以構成電極對工件的軟接觸，減輕電極沖擊所呵斥的壓痕，從而也減輕了后序車身外表修磨處置量，提高了車身質量。而且，

28、運用伺服控制技術可以對焊接參數進展數字化控制管理，可以保證提供出最適焊接參數數據，保證焊接質量。 (2)改善作業環境 由于電極對工件的是軟接觸，可以減輕沖擊噪聲，也不會出現運用氣動焊鉗時所呵斥的排氣噪音。改善了現場的作業環境。 (3)高消費效率 伺服焊鉗的加壓開放動作由機器人動控制。與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗的動作途徑可以控制到最短化，縮短消費節拍，提高消費效率。 目前，從投資的角度來思索，購買伺服焊鉗設備的一次投入較高，因此，伺服焊鉗還不能被廣泛采用。但是，思索到伺服焊鉗的優勢，如伺服焊鉗的軟接觸化，對工件的沖擊可減輕，從而可以相對減少焊接夾具夾緊機構的數量，削減夾具的費用等，也可以減少消費線

29、的整體投資額，伺服焊鉗仍有其寬廣的運用空間。因此，隨著開展，伺服焊鉗會越來越多運用于消費線上。 工業機器人技術的研討、開展與運用，有力地推進了世界工業技術的提高。特別是焊接機器人在高質高效的焊接消費中，發揚了極其重要的作用。5、焊接機器人的技術展望為了順應工業消費系統向大型、復雜、動態和開放方向開展的需求，興隆國家都在加大力度，對機器人技術進展深化研討。從技術開展趨勢看，智能化控制技術將是焊接機器人技術開展的主要方向。5.1視覺控制技術焊接機器人視覺控制技術是經過對焊接區圖像進展采集產生視頻信號送至圖像處置機，對圖像進展快速處置并提取跟蹤特征參量，進展數據識別和計算，經過逆運動學求解得到機器人

30、各關節位置給定值，最后控制高精度的末端執行機構，整機器人的位姿。視覺控制的關鍵在于視覺丈量，在焊接過程中視覺技術分為直接視覺傳感和間接視覺傳感兩種方式。直接視覺傳感技術是一種常用的非接觸式傳感方式，主要優點是不接觸工件，不干擾正常的焊接過程，獲取的信息量大，通用性強。早先，研討人員直接利用電弧光照射熔池前方的工件間隙獲取焊接區焊縫信息，根據熔池前方不同遠近處電弧光強度的閃爍來實現焊接過程中的焊縫跟蹤，典型的例子是利用帶有 攝像機的微型計算機控制系統對焊接熔池行為進展察看和控制。如今，基于激光三角形的視覺系統具有高度的靈敏性而且價錢低、精度高、獲取信息才干強，不受周圍噪聲和電弧產生的高溫影響，獲

31、得的信息可以用于多種自順應功能。弧焊中運用激光視覺系統可以抗電弧輻射、火焰、熱金屬飛濺、振動沖擊和高溫，這種傳感器正在成為智能自順應焊接機器人焊接優先選用的視覺系統。5.2模糊控制技術由于焊接機器人系統具有非線性和時變特點，難以用準確的數學模型進展描畫，用傳統的控制方法難以實現最正確控制而模糊控制具有自順應和魯棒性等特點，它為機器人焊接控制提供了一個理想的控制方法。模糊控制是智能控制的較早方式，它汲取了人的思想具有模糊性的特點，運用模糊數學中的隸屬函數、模糊關系、模糊推理和決策等工具，巧妙地綜合了人們的直覺閱歷，從而在其他經典控制實際和現代控制實際不太奏效的場所可以實現較稱心的控制。將模糊控制

32、實際和實踐焊接過程相結合，開展成為公用焊接控制器，進一步開展成為了通用型焊接模糊控制器。模糊控制具有較完善的控制規那么，模糊控制綜合定量知識的才干較差，當對象動態特性發生變化，或者遭到隨機干擾的影響都會影響模糊控制的效果。因此在模糊控制實際方面，人們對常規模糊控制進展了改良，設計了一些高性能模糊控制器，有效處理精度較低、自順應才干有限及設備產生振蕩景象等問題。5.3 神經網絡控制技術神經網絡控制是研討和利用人腦的某些構造、機理以及人的知識和閱歷對系統進展控制，它是神經網絡作為人工智能的一種途徑在控制領域的浸透。用神經網絡設計的控制系統順應性、魯棒性均較好，能處置時變、多要素、非線性等復雜焊接過

33、程的控制問題。人工神經網絡具有很強的自學習、自順應才干信息存儲量大，容錯性好，可以實現并行聯想搜索解空間和完成自順應推理，提高智能系統的智能程度、知識處置才干及強健性。因此，在機器人焊接質量控制中可采用神經網絡建立焊接過程模型從而處理線性控制方法所不能抑制的問題，彌補傳統專家系統以及模糊控制的缺乏，如今焊接機器人神經網絡控制系統中運用較多的是前饋式多層神經網絡。5.4嵌入式控制技術的運用 嵌入式系統以其小型、公用、易攜帶、可靠性高的特點，曾經在焊接機器人控制領域得到了運用，嵌入式控制系統具備網絡和人機交互才干，可以取代以往基于微處置器的控制方式嵌入式控制器具有液晶顯示器，可以替代 顯示器在控制

34、系統中所扮演的角色，鍵盤呼應也具有很高的實時性，滿足信息的輸入和對控制系統的干涉等任務。經實驗和實踐運用闡明，嵌入式控制器比根本的模糊控制器具有更好的控制性能嵌入式為焊接工藝的在線監測提供了新的技術方法，它能確保焊接質量“零缺陷的目的得以實現。6、焊接機器人運用工程焊接機器人運用技術是機器人技術、焊接技術和系統工程技術的交融，焊接機器人能否在實踐消費中得到運用，發揚其優越的特性，取決于人們對上述技術的交融程度。經過近10年的努力，我國在機器人焊裝夾具設計方面積累了較豐富的閱歷，機器人周邊設備實現了規范化，具有年產300余套焊接機器人任務站的才干。可以說國內的系統集成商在機器人任務站及簡單的焊裝

35、線的設計開發方面具有了與國外系統集成商抗衡的才干，近幾年為國內汽車零部件等企業提供了大量的機器人焊接系統。但是另外一個嚴重的現實是，我們還不具備制造高程度的機器人成套焊裝線的才干。國內幾大汽車廠的車身焊裝線都是由國外機器人系統集成商設計制造的。 作為焊接機器人的最大用戶，估計未來的10年我國汽車年產量要到達千萬輛，如今的焊接配備遠遠滿足不了消費需求，對焊接配備的需求量將大幅添加，焊裝消費線要求更加自動化和柔性化，以順應多種類、小批量的消費要求，機器人將大量運用于焊接消費線中。對我國的機器人系統集成商來說如何抓住機遇是當前要處理的重要課題，從另一方面講也決議著國產焊接機器人的命運。 1)實行企業

36、結合。機器人系統集成商與汽車制造商結合，消化吸收國外汽車焊裝線。 2)建立本人的焊接配備設計規范及數模，提高設計程度和效率。 3)加強者才培育建立。機器人焊接消費線是個復雜的系統工程，涉及到機械、電氣、物流 傳輸、計算機、汽車設計制造、機器人技術、焊接技術等多種學科，而我國目前還沒有 關于這方面較為系統的培訓機構。 4)加強與國外公司的協作，經過協作學習提高本人的設計程度。7、焊接機器人開展趨勢焊接機器人在高質量、高效率的焊接消費中，發揚了極其重要的作用。工業機器人技術的研討、開展與運用，有力地推進了世界工業技術的提高。近年來，焊接機器人技術的研討與運用在焊縫跟蹤、信息傳感、離線編程與途徑規劃

37、、智能控制、電源技術、仿真技術、焊接工藝方法、遙控焊接技術等方面獲得了許多突出的成果。隨著計算機技術、網絡技術、智能控制技術、人工智能實際以及工業消費系統的不斷開展，焊接機器人技術領域還有很多亟待我們去研討的問題，特別是焊接機器人的視覺控制技術、模糊控制技術、智能化控制技術、嵌入式控制技術、虛擬現實技術、網絡控制技術等將是未來研討的主要方向。 目前國際機器人界都在加大科研力度，進展機器人共性技術的研討。從機器人技術開展趨勢看，焊接機器人和其它工業機器人一樣，不斷向智能化和多樣化方向開展。詳細而言，表如今如下幾個方面：1)機器人操作機構造： 經過有限元分析、模態分析及仿真設計等現代設計方法的運用

38、，實現機器人操作機構的優化設計。 探求新的高強度輕質資料，進一步提高負載/自重比。例如，以德國KUKA公司為代表的機器人公司，已將機器人并聯平行四邊形構造改為開鏈構造，拓展了機器人的任務范圍，加之輕質鋁合金資料的運用，大大提高了機器人的性能。此外采用先進的RV減速器及交流伺服電機，使機器人操作機幾乎成為免維護系統。 機構向著模塊化、可重構方向開展。例如，關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市。 機器人的構造更加乖巧，控制系統愈來愈小，二者正朝著一體化方向開展。 采用并聯機構，利用機器人技術，實現高精度丈量

39、及加工，這是機器人技術向數控技術的拓展，為未來實現機器人和數控技術一體化奠定了根底。意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已開發出了此類產品。2)機器人控制系統： 重點研討開放式，模塊化控制系統。向基于PC機的開放型控 制器方向開展，便于規范化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化構造；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。控制系統的性能進一步提高，已由過去控制規范的6軸機器人開展到如今可以控制21軸甚至27軸，并且實現了軟件伺服和全數字控制。 人機界面更加友好，言語、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的規范化和網絡化，以及基于PC機網絡式控制器已成為研討熱點。

40、編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的適用化將成為研討重點，在某些領域的離線編程已實現適用化。3)機器人傳感技術： 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還運用了激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器，并實現了焊縫自動跟蹤和自動化消費線上物體的自動定位以及精細裝配作業等，大大提高了機器人的作業性能和對環境的順應性。 遙控機器人那么采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的交融技術來進展環境建模及決策控制。為進一步提高機器人的智能和順應性，多種傳感器的運用是其問題處理的關鍵。其研討熱點在于有效可行的多傳感器交融算法，特別是在非線性及非平穩、

41、非正態分布的情形下的多傳感器交融算法。另一問題就是傳感系統的適用化。4)網絡通訊功能： 日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控制器已實現了與Canbus、Profibus總線及一些網絡的聯接，使機器人由過去的獨立運用向網絡化運用邁進了一大步，也使機器人由過去的公用設備向規范化設備開展。5)機器人遙控和監控技術 在一些諸如核輻射、深水、有毒等高危險環境中進展焊接或其它作業，需求有遙控的機器人替代人去任務。當代遙控機器人系統的開展特點不是追求全自治系統，而是努力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加部分自主系統構成完好的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入適用化階段。美國發射

42、到火星上的“索杰納機器人就是這種系統勝利運用的最著名實例。多機器人和操作者之間的協調控制，可經過網絡建立大范圍內的機器人遙控系統，在有時延的情況下，建立預先顯示進展遙控等。6)虛擬機器人技術： 虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演開展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的覺得來支配機器人。基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。7)機器人性能價錢比： 機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價錢不斷下降。由于微電子技術的快速開展和大規模集成電路的運用，使機器人系統的可靠性有了很大提高。過去機器人系統的可靠性MTBF普通為幾千小時，而如今已到達5萬小時，可以滿足任何場所的需求。8)多智能體調控技術： 這是目前機器人研討的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系構造、相互間的通訊與磋商機理，感知與學習方法，建模和規劃、群體行為控制等方面進展研討。 近年來，人類的活動領域不斷擴展，機器人運用也從制造領域向非制造領域開展。像海洋開發、宇宙探測、采掘、建筑、醫療、農林業、效力、文娛等行業都提出了自動化和機器人化的要求。這些行業與制造業相比，其主要特點是任務