焊接智能化机器人
第一台Unimate型机器人是在 1959 年被制造出来的，自那以后，越来越多的工业机器人出现在世界各地的各行各业中，而其中一半左右的工业机器人为焊接机器人。自始至今，焊接机器人的发展经历了三个阶段：第一阶段的焊接机器人是以示教再现方式运行的；第二阶段为可以通过传感器接收信息的离线编程焊接机器人；第三阶段为智能机器人，它是多传感器的且能够自行编程以适应
环境。
自从1959年第一台工业机器人UNIMATE在美国诞生以来到现在，工业机器人经历了三个阶段，即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段。据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半以上用于各种形式的焊接加工领域。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。目前，国内外大量应用的焊接机器人系统从整体上看基本都属于第一代或准二代的。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的单机示教再现型向多传感、智能化的柔性加工单元(系统)方向发展，实现由第二代向第三代的过渡将成为焊接机器人追求的目标，实现焊接产品的自动化、柔性化与智能化已成为发展的必然趋势。
焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，自从第一台工业机器人问世以来，焊接机器人就显示出了极强的生命力。经过近50年的飞速发展，在工业发达国家，焊接机器人已经广泛应用于汽车工业、航天、船舶、机械加工行业、电子电气行业、食品工业及其他相关制造业等诸多领域中，并作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志之一。目前，比较著名的焊接机器人公司有日本的Motoman、FANUC、Yaskwa，德国的KUKA，瑞典的ABB，美国的Adept Technology，意大利的COMAU，这些公司已成为其所在地区的支柱性企业。
尽管焊接机器人在生产中得到广泛应用，使焊接质量得到了极大改善，有效提高了企业的劳动生产效率，但在应用中仍然存在很多方面的问题值得我们去进一步研究和改善，其中最主要的有以下三大方面。
(1) 焊接机器人位置偏移后重新示教的问题
这个工作现在需要占用大量的生产时间，如果能够利用先进的计算机动态仿真技术对其进行离线示教和仿真，将是焊接机器人应用的一次革命性的改善。(2) 焊接机器人的校轴过程占用过多时间的问题
机器人在轴的校正过程中耗费比较长的时间，对于流水化的自动生产线来说，其停机所造成的经济损失非常巨大。如果能够应用高智能化的检测手段，使机器人在其轴的基本参数丢失或变化后，能够自动快速恢复到发生故障前的状态，将给自动化生产线带来巨大的生产效益，目前的TCP自动校零技术仍然有待进一步的提高。
(3) 焊接机器人焊接过程的焊缝实时跟踪问题
目前焊接机器人进行弧焊时，对焊缝进行动态跟踪反馈仍然还没有很好地应用于生产。利用智能技术，动态跟踪焊缝状态，实时反馈，这是保证弧焊质量的可靠性和稳定性发展的一个趋势。
焊接质量控制一直是焊接研究的热点和难点，也是焊接界工作者致力研究的重要课题。在实际焊接中，常常存在变形、变散热、变间隙、变错边等因数，影响焊缝成形的质量。为了克服焊接过程中这些不确定性因素对精密焊接件质量的影响，迫切需要采用信息反馈、智能控制等技术提高现行焊接机器人的适应性或智能化水平，使之能实现初始焊位识别与自主导引、实时焊缝纠偏与跟踪、焊接熔池动态特征信息获取、工艺参数自适应调节和焊缝成形的实时控制，即实现机器人焊接过程的智能化控制。特别是在追求高质量、高效率的今天，焊接机器人自动化、智能化已成为焊接发展的必然趋势，对焊缝质量实时智能控制的要求也显得更为迫切。从目前国内外研究现状来看，焊接机器人智能化技术研究主要集中在焊接传感技术、焊缝识别与导引技术、焊缝跟踪技术、焊缝成形质量控制方法、多机器人协调控制技术与遥控焊接技术等6个主要方面。
（1）焊接机器人传感技术
传感器在焊接机器人中具有重要作用，除了有传统的位置、速度、加速度、力传感器外，还有激光、视觉、电弧传感器。利用传感技术在焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等场合，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别
是在非线性、非平稳和非正态分布的情形下的多传感器融合算法。多传感器信息融合技术目前尚处于研究阶段，国内外的相关研究还不是很成熟。
（2）焊缝识别与导引技术
实施机器人焊接的首要技术之一是如何寻找并导引机器人焊枪接近焊接的初始点，焊缝的识别与导引是焊接机器人智能化的重要组成部分。在现有的研究成果中，主要是通过基于视觉的方法对焊缝进行识别与导引。Welding and cutting杂志曾论述过一种基于移动机器人的获取焊缝接头位置并对焊接机器人进行导引的方法，该方法能够通过传感系统自动地获取焊接的接头位置并计算出焊缝的轨迹信息，并通过计算出的焊缝信息调整焊枪的姿态。陈希章提出了一种空间焊缝的路径规划方法，通过双目视觉传感技术对空间焊缝的三维坐标进行了恢复。
（3）焊缝跟踪技术
在实际焊接中，精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键技术，是实现焊接过程自动化的重要研究方向。随着近代模糊数学和神经网络的出现并成功地应用于焊缝跟踪系统，焊缝跟踪技术已经进入到了智能跟踪的时代。
Journal of Materials Processing Technology提出了一种基于模糊逻辑推理的焊缝跟踪系统。通过安装在机器人上的CCD装置获取焊接过程的图像，根据图像处理技术得到焊缝的边缘，采用模糊逻辑推理的控制方法对焊接的过程进行纠偏。此方法实现了对直线焊缝、曲线焊缝和折线焊缝的焊缝跟踪，取得了较好的跟踪效果。
刘亚（音）提出一种基于遗传算法的焊接机器人路径规划方法，针对多自由度的机器人，采用遗传算法对机器人的路径和各个关节位姿进行最优规划，取得了稳定可靠的焊接结果。
也有文献提出一种基于被动视觉的焊缝实时跟踪系统。通过摄像机获取焊接过程中的焊缝图像，通过图像处理算法提取出焊缝的上下两条边缘，根据焊缝中心线和熔池中心的位置偏差调整焊接机器人的行走轨迹。
(4) 焊缝成形质量控制方法
由于焊接过程是一个多参数相互耦合的时变的非线性系统，很难采用传统的控制方法对焊接过程进行控制。近些年随着模糊控制理论和神经网络控制技术及
专家系统理论的发展，模拟焊工操作的智能控制方法已经在焊接过程中成功应用，主要涉及到的技术包括熔池动态过程的视觉传感技术、建模与智能控制。
Journal of Materials Processing Technology提出了针对焊接机器人弧焊过程中焊缝成形的控制方法。通过神经网络模型对焊接过程的正面余高进行实时在线的预测，针对预测得到的结果调整焊接过程的参数，焊缝成形的质量取得了较好的结果。
李来平、杜全营通过CCD摄像机对焊接熔池的图像进行采集，根据熔池表面的成像特点，开发了由熔池图像提取熔池三维形状参数的图像处理算法。
（5）多机器人协调控制技术
这是目前机器人研究的一个新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相
互间的通信与磋商机理、感知与学习方法、建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
马国红设计了一种复杂焊接机器人系统的Petri Net模型，开发出基于局域网络通信的软件控制系统，实现了多台机器人的协同控制，进行了多机器人铝合金GTAW角焊试验。
Lecture Notes in Control and Information Science设计了一种激光焊接多智能体柔性制造加工系统（LWFMS），在激光焊接过程中，实现了多个机器人在激光焊接过程中的协调和控制。
（6）遥控焊接技术
在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其他作业，需要有遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自动系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制。国内外对遥控技术的研究成果较多，遥控焊接正向着实用化的方向发展。美国发射到火星上的索杰纳机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
（7）其他相关技术
焊接机器人智能化技术覆盖的领域范围广，它融合了多个学科的研究成果。除了以上介绍的几个主要的发展方向以外，机器人智能化技术还在焊接电源的配套设计、机器人结构设计、离线编程、专家系统、虚拟机器人技术等领域研究取得了较大的进展。
焊接机器人主要技术指标 选择和购买焊接机器人时，全面和确切地了解其性能指标十分重要。使用机器人时，掌握其主要技术指标更是正确使用的前提。各厂家在其机器人产品说明书上所列的技术指标往往比较简单，有些性能指标要根据实用的需要在谈判和考察中深入了解。 焊接机器人的主要技术指标可分为两大部分，机器人的通用指标和焊接机器人的专门指标。 (1) 机器人通用技术指标 1) 自由度数这是反映机器人灵活性的重要指标。一般来说，有3 个自由度数就可以达到机器人工作空间任何一点，但焊接不仅要达到空间某位置，而且要保证焊枪( 割具或焊钳) 的空间姿态。因此，对弧焊和切割机器人至少需要5 个自由度，点焊机器人需要6 个自由度。 2) 负载指机器人末端能承受的额定载荷，焊枪及其电缆、割具及气管、焊钳及电缆、冷却水管等都属负载。因此，弧焊和切割机器人的负载能力为6 ～10kg，点焊机器人如使用一体式变压器和焊钳一体式焊钳，其负载能力应为60 ～90kg ，如用分离式焊钳，其负载能力应为40 ～50kg。 3) 工作空间厂家所给出的工作空间是机器人未装任何末端操作器情况下的最大可达空间，用图形来表示。应特别注意的是，在装上焊枪( 或焊钳) 等后，又需要保证焊枪姿态。实际的可焊接空间，会比厂家给出的小一层，需要认真地用比例作图法或模型法核算一下，以判断是否满足实际需要。 4) 最大速度这在生产中是影响生产效率的重要指标。产品说明书给出的是在各轴联动情况下，机器人手腕末端所能达到的最大线速度。由于焊接要求的速度较低，最大速度只影响焊枪( 或焊钳) 的到位、空行程和结束返回时间。一般情况下，焊接机器人割机器人要视不同的切割方法而定。 5) 点到点重复精度这是机器人性能的最重要指标之一。对点焊机器人，从工艺要求出发，其精度应达到焊钳电极直径的1／2 以下，即+ 1 ～2mm 。对弧焊机器人，则应小于焊丝直径的1／2 ，即0．2 ～0．4mm 。 6) 轨迹重复精度这项指标对弧焊机器人和切割机器人十分重要，但各机器人厂家都不给出这项指标，因为测量比较复杂。但各机器人厂家内部都做这项测量，应坚持索要其精度数据，对弧焊和切割机器人，其轨迹重复精度应小于
焊接机器人的智能化发展 林祥礼 摘要：本文简要介绍了焊接机器人的发展过程，在此基础上主要介绍基于焊接环境和过程视觉信息获取而展开的焊接机器人智能化技术发展及应用现状。 关键字：焊接机器人；视觉；智能化 0 引言 自从1959年第一台工业机器人U N I M A T E在美国诞生以来到现在，工业机器人经历了三个阶段，即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段。据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半以上用于各种形式的焊接加工领域。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。目前，国内外大量应用的焊接机器人系统从整体上看基本都属于第一代或准二代的[1]。由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制功能,这类弧焊机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格，焊接时缺乏柔性，表现出明显的缺点。在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的。如加工和装配上的误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均等诸多问题。 为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平是焊接机器人发展的必然趋势。从模拟焊工观察、判断与施焊操作的功能研究智能型焊接机器人关键技术，焊接环境的视觉信息获取与利用是智能化机器人的关键技术和主要标志之一。 1 机器人焊接智能化技术的主要构成 机器人智能化焊接技术集成了多门学科，具有典型的学科融合特点。将智能化技术引入焊接机器人所涉及的主要技术构成如图1所示。焊接机器人的智能化技术包括：焊接机器人对于焊接任务的自主规划技术；焊接机器人的导引跟踪运动轨迹控制技术；焊接环境识别以及焊接动态过程的信息传感、建模与智能控制技术；机器人焊接系统的集成与控制，将上述焊接任务规划、轨迹跟踪控制、传感系统、过程模型、智能控制等子系统的软硬件集成设计、统一优化调度与控制，涉及焊接柔性制造系统的物料流、信息流的管理与控制，多机器人与传感器、控制器的多智能单元协调以及基于网络通讯的远程控制技术等。
工业机器人在汽车焊接中的应用焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，主要用于工业自动化领域，其广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械等行业，在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程都有广泛应用，其中应用最多的以弧焊、点焊为主。 典型的焊接机器人系统有如下几种形式：焊接机器人工作站、焊接机器人生产线、焊接专机。焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。柔性焊接线特别适合产品品种多，每批数量又很少的情况下采用。焊接专机适合批量大、改型慢的产品，对焊缝数量较少、较长，形状规矩的工件也较为适用，至于选用哪种自动化焊接生产形式，需根据企业的实际情况而定。 在汽车领域的典型应用 纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为：发展自动化柔性生产系统。而工业机器人，因集自动化生产和灵活性生产特点于一身，故轿车生产近年来大规模、迅速地使用了机器人。在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。特别是近几年，国内的汽车生产企业非常重视焊接的自动化。如一汽引进的捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上，各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式机器人共61台进行，机器人驱动由微机控制，数字和文字显示，磁带记录仪输入和输出程序。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工作条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。 类似的高水平的生产线，在上海、武汉等地都有引进。但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要，我们必须坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，发展应用机器人技术，发展轻便灵巧的智能设备，建立高效经济的焊接自动化系统，必须用计算机及信息技术改造传统产业，提高档次。 新松机器人深度服务汽车行业大市场 作为国内唯一的“机器人国家工程研究中心”，新松机器人自动化股份有限公司从事机器人及自动化前沿技术的研制、开发与应用。其系列机器人应用主要涵盖点焊、弧焊、搬运、装配、涂胶、喷涂、浇铸、注塑、水切割等各种自动化作业，广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械、冶金、电子装配、物流、烟草、五金交电、军事等行业。目前，机器人系列技术及应用、自动化成套技术装备、仓储物流自动化技术装备已形成新松公司三大主导产业领域，旨在为用户提供卓越的技术和服务。迄今已累计向市场推出了800多台机器人系统，是市场上极具竞争力的“机器人及自动化技术和服务”解决方案提供商，也是国内进行机器人研究开发与产业化应用的主导力量。 新松公司的机器人产业应用主要是承担各类汽车车身自动冲压线、白车身焊装线、汽车总装线、发动机装配线、工装夹具及输送系统的设计制造；焊装线钢结构、管网工程的设计制造；焊装线工艺设计、平面布置、机器人选型、机器人用自动焊钳设计与选型、非标机
40 航空制造技术·2008 年第8期 机器人焊接智能化技术的现状 与最新发展 上海交通大学材料科学与工程学院 孔 萌 林 涛 陈善本 工业机器人技术是当今世界最引人瞩目的高新产业之一。焊接过程的自动化、机器人化以及智能化已经成为焊接行业的发展趋势[1-4]。焊接机器人具有高效率、质量稳定、工作可靠且通用性强等优点，受到制造业的重视。采用机器人焊接已经成为焊接自动化、现代化的主要标志。 经过几十年的发展，机器人技术经历了3个阶段。早期的焊接机器 人由于其焊接的路径和焊接过程的规范参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接过程中不能根据焊接情况的变化进行实时的在线调整，缺乏“柔性”。随着计算机控制技术、人工智能技术以及网络控制技术的发展，焊接机器人也由早期的示教再现型向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元方向发展。 智能焊接机器人的关键技术 焊接机器人的智能化技术主要包括：焊接机器人对于焊接动态过程的信息传感技术，焊接机器人运动轨迹控制技术，焊接机器人遥控焊接技术，多机器人协调控制技术，焊接机器人在焊接动态过程与焊接质量的智能控制技术等几个方面[4]。为了实现焊接机器人智能化，文献[5]将现有的智能化技术集成整合，开发了基于局部自主智能焊接机器人系 统（LAIWR）。 焊接机器人智能化技术的 研究现状 1 焊接机器人传感技术 焊接机器人向智能化方向发展，增强其柔性和适应性，传感器是必不可少的。对于自主焊接来说，传感器感知外部环境的变化并通知机器人，机器人实时调整工作状态，以适应环境的变化[6]。弧焊用传感器大致可分为直接电弧式、接触式和非接触式3大类。按工作原理可分为机械、机电、电磁、电容、射流、超声、红外、光电、激光、视觉、电弧、声音等传感器。 随着最新的计算机视觉理论的发展，国内外许多研究人员对机器人视觉系统在焊接接头特征识别、焊接参数优化、焊炬位姿调整、焊接路径规划、焊缝跟踪、焊接过程熔透控制等方面的应用开展了卓有成效的研 焊接机器人具有高效率、质量稳定、工作可靠且通用性强等优点，受到制造业的重视。采用机器人焊接已经成为焊接自动化、 现代化的主要标志。 孔 萌 博士，吉林省长春市人，主要研究方向为焊接机器人与焊接自动化。 Present Situation and Recent Development of Intelligent Robot Welding Technology
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/cc9678054.html, 焊接智能化与智能化焊接机器人技术研究 作者：莫明朝 来源：《中国科技纵横》2017年第09期 摘要：随着我国科学技术的不断发展，机器人焊接智能化技术也逐渐提升，越来越多的 制造企业都提高了对焊接智能化技术的重视度，机器人已经不再是稀有产品，采用智能化机器人来代替人工焊接已经成为触手可及的梦想，本文就针对焊接智能化与智能化焊接机器人技术进行了分析和研究。 关键词：焊接智能化；焊接机器人技术；分析研究 中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0081-02 近几年，伴随各种智能化技术的普及，焊接生产过程也逐渐朝着智能化、自动化的方向发展，当前，采用焊接机器人技术进行焊接已经成为我国实现焊接智能化的重要标志，相对于传统的焊接技术来说，机器人焊接技术主要具有自动化程度高、焊接速度快、焊接质量佳等优势，但是从当前的现状看，我国的机器人焊接技术还存在成本高、焊接时间长等问题，只有解决这些问题，才能进一步拓展我国智能化机器人焊接技术的应用范围。 1 焊接智能化与智能化焊接机器人技术的研究现状 1.1 焊接路径规划技术 焊接机器人的焊接路径主要包括三种，即在线自主编程法、手工示教法和离线编程法。以下是具体分析： 1.1.1 在线自主编程法 在线自主编程法主要是通过视觉传感器来实现对焊缝的自动识别，同时绘制出焊缝在机器人基坐标下的三维图形，这样就能达到机器人焊接在线自主规划路径的目的，这种方式可以避免人工焊接中因观察失误而导致的问题，能有效提升焊接机器人的智能化水平，将成为当前以及今后一段时间我国焊接路径规划技术的发展方向，为了避免在线自主编程法在应用过程中出现误差，一些著名学者在现有的视觉传感技术之上进行了更进一步的研究，以缩小焊缝定位的误差，当前，利用在线自主编程法进行焊接路径的规划已经能够将误差控制在合理的范围之内，基本能符合一般电弧焊接技术的需求。 1.1.2 手工示教法 所谓手工示教法，指的就是通过操作工人手动操作示教盒，实现对焊接轨迹的在线控制的一种方法，这种焊接路径规划技术主要具有适应性强、灵活性高、操作便捷等优势，在焊接机
焊接机器人的应用 焊接机器人技术的发展 我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容，这样就把机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。与此同时于1986年将发展机器人列入国家"863"高科技计划。在国家"863"计划实施五周年之际，邓小平同志提出了"发展高科技，实现产业化"的目标。在国内市场发展的推动下，以及对机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家"八五"和"九五"中。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。 焊接机器人的应用状况 我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。一汽是我国最早引进焊接机器人的企业，1984年起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于1988年开发了机器人车身总焊线。80年代末和90年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自
焊接机器人应用现状及发展趋势 据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。图4所示是这两种焊接机器人在工业机器人中所占的大致比例。我们所说的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。这些焊接机器人中有的是为某种焊接方式专门设计的，而大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以完成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊接、卸料等多种任务，机器人可以根据程序要求和任务性质，自动更换机器人手腕上的工具，完成相应的任务。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程中，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其它加工过程的检测那么容易，因此，焊接机器人的应用并不是一开始就用于电弧焊过程的。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且
焊接机器人离线编程应用 技术经验 Jenny was compiled in January 2021
焊接机器人离线编程应用技术 一、引述 随着国内外机械装备制造事业飞速发展，对各种机械设备的生产周期、产品质量、制造成本，提出了更高的要求。为了适应这种形势，设法提高及保证焊接接头质量的稳定性，机器人的柔性优势正是解决这一问题的的良好方案。 二、机器人系统简介 通用工业机器人，按其功能划分，一般由3个相互关连的部分组成：机械手总成、控制器、示教系统（即示教盒）。机械手总成是机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节、末端操作器、以及内部传感器等组成，它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置，姿态和实现其运动；控制器是机器人的神经中枢，它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学、动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、自保护功能软件等，它处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作；示教系统是机器人与人的交互接口，在示教过程中它将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，它实质上是一个专用的智能终端。 三、机器人编程的类型与应用方法 目前的机器人编程可以分为示教编程与离线编程两种方式。示教编程是指操作人员利用示教盒控制机器人运动，使焊枪到达完成焊接作业所需位姿，并记录下各个示教点的位姿数据，随后机器人便可以在“再现”状态完成这条焊缝的焊接。离线编程是利用三维图形学的成果，在计算机的专业软件中建立起机器人及其工作环境的模型，通过软件功能对图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行编程，进而自动计算出符合机器人语言的文本程序，再通过计算机的仿真模拟运行后将最终的数据程序传至机器人控制系统直接使用。示教编程与离线各有特点。在示教过程中，编程效果受操作人员水平及状态的影响较大，示教时，为了保证轨迹的精度，通常在一段较短（如100mm）的样条曲线焊缝上需要示教数十个数据点，以保证焊接机器人运行平滑及收弧点位置的一致。每段在线示教编程都需要花很长的时间。因要尽量保证示教点在焊缝轨迹上，并且要让焊枪姿态的连续变化，对操作人员的水平要求很高。另外，示教的精度完全靠示教者的经验目测决定，对于复杂路径难以保证示教点的精确结果。而离线编程是将机器人所有编程的工作内容在计算机软件在完成，过程一般包括：机器人及设备的作业任务描述、建立变换方程、求解未知矩阵及编制任务程序等。在进行图形仿真以后，根据动态仿真的结果，对程序做适当的修正，以达到满意效果，最后在线控制机器人运动以完成作业。节省了在机器人上编程的时间、离线编程的程序易于修改、通过仿真模拟后，防止昂贵的设备发生碰撞而损坏、结合CAD软件系统和其它人工智能技术与机器人系统一体化，来提高工作效率和焊接质量。由此看来当焊缝是直线或者简单曲线，焊缝上方没有干涉物且焊缝的精度要求不太高的情况下，采用在线示教的编程方式是非常理想的，但在许多复杂的作业应用中不是那么令人满意了。
Weld robot application present condition According to incompletely statistics, the whole world about has in the industrial robot of service nearly half of industrial robots is used for multiform weld to process realm, weld robot of application in mainly have two kinds of methods most widespreadly, then order Han and electricity Hu Han.What we say's welding robot is in fact welding to produce realm to replace a welder to be engaged in the industrial robot of welding the task.These weld to have plenty of to design for being a certain to weld a way exclusively in the robot of, but majority ofly weld robot in fact is an in general use industrial robot to pack up a certain weld tool but constitute.In many task environments, a set robot even can complete include weld at inside of grasp a thing, porterage, install, weld, unload to anticipate etc. various tasks, robot can request according to the procedure with task property and automatically replace the tool on the robot wrist, the completion corresponds of task.Therefore, come up to say from a certain meaning, the development history of industrial robot is the development history that welds robot. Know to all, weld to process to request that welder have to have well-trained operation technical ability, abundant fulfillment experience, stability of weld level;It is still a kind of labor condition bad, many smoke and dust, hot the radiation is big, risk Gao of work.The emergence of the industrial robot makes people naturally thought of first the handicraft that replace a person with it welds and eases the welder's labor strength, can also promise to weld quality and exaltation to weld an efficiency at the same time. However, weld again with other industry process process different, for example, electricity Hu Han process in, drive welder piece because of part heat melt with cool off creation transform, the Han sews of the track will therefore take place to change.Handicraft Han the experienced welder can sew position according to the actual Han observed by eyes adjustment Han in good time the position, carriage of the gun and run about of speed to adapt to the variety that the Han sews a track.However the robot want to adapt to this kind of variety, have to the position and status of gun that want to"see" this kind of to change, then adopt homologous measure to adjust Han like person first, follow while carrying out to sew actually to the Han.Because the electricity Hu welds to have in process strong arc light, give or get an electric shock Hu noise, smoke and dust and Rong drop transition unsteady and causable Han silk short circuit, big electric current strong magnetic field etc. complicated environment factor of existence, the robot wants to examine and identifies a withdrawing of the signal characteristic needed for sewing Han and don't seem to be industrial the other in the manufacturing to process the examination of process so easily, therefore, welding the
焊接机器人智能化技术研究 发表时间：2018-10-15T09:55:07.960Z 来源：《知识-力量》2018年10月中作者：平苏丰 [导读] 机器人焊接已经成为自动化焊接的主要标志，实现机器人焊接过程智能化是机器人焊接技术发展的必然趋势。本文从焊接传感技术（山东省特种设备检验研究院有限公司） 摘要：机器人焊接已经成为自动化焊接的主要标志，实现机器人焊接过程智能化是机器人焊接技术发展的必然趋势。本文从焊接传感技术、焊缝跟踪技术、焊接路径规划技术与焊缝成形质量控制技术四个方面介绍机器人焊接智能化关键技术的研究现状及其面临的问题，也展望了焊接机器人智能化技术的发展趋势。 关键词：焊接；智能化；发展趋势 随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。从60年代诞生和发展到现在，焊接机器人的研究经历了三个阶段，即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的单机示教再现型向多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展，实现由第二代向第三代的过渡将成为焊接机器人追求的目标。 一、焊接机器人技术发展过程 随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。从60年代诞生和发展到现在，焊接机器人的研究经历了三个阶段，即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的单机示教再现型向多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展，实现由第二代向第三代的过渡将成为焊接机器人追求的目标。目前，国内外大量应用的弧焊机器人系统从整体上看基本都属于第一代或准二代的。由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制的功能，这类弧焊机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格，焊接时缺乏“柔性”，表现出明显的缺点。在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的，如加工和装配上的误差会造成焊缝位置和间隙的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均。为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现空间焊缝的自动实时跟踪，而且还能实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制。研究智能化机器人焊接技术，改进目前工业生产中示教再现型焊接机器人的适应或智能化功能，一方面是目前高技术产品复杂焊接工艺及其焊接质量、效率的迫切要求；另外，随着人类探索空间的扩展，在极端环境，如太空、深水以及核环境下的焊接制造也对发展自主智能型焊接机器人提出了强烈的技术需求。 二、焊接机器人技术发展现状 1.焊接传感技术 焊接过程的传感是机器人焊接智能控制行为的前提条件，如同人工智能行为的感知功能，机器人通过传感器实时获取焊接过程的各种状态信息来实现机器人焊接的智能控制行为。研究学者对焊接过程的传感技术的研究开展了许多的工作，开发了许多种类的传感器，用于对焊接过程进行感知，进而智能控制焊接过程。已有的研究表明，单一的传感器在反映焊接状态的全面性与准确性存在不足，采用多传感信息融合技术能获取更多的焊接过程状态信息，能更全面和真实的表达焊接过程。焊接过程中的各类传感器基于传感原理对焊接传感器进行分类，主要包括:视觉传感、电弧传感、声学传感、光谱传感、温度传感等。视觉传感方法可以识别焊接接头类型，获取焊缝位置、焊接过程熔滴过渡、熔池动态特征等信息，并且不与焊接回路接触，不干扰正常焊接过程，是最有发展前景的传感方法之一。 2.多传感信息融合技术 多传感信息融合技术是在焊接过程中采用多个传感器，从多角度、多方面对焊接过程进行传感，然后使用信息融合技术对多传感信息进行融合处理，获取更加准确、全面的焊接过程状态的融合信息。该方法对错误信息的容错能力较强、更加真实全面的描述焊接过程状态，因此能够更加准确控制焊接质量，是未来传感技术发展的趋势。目前针对焊接过程的多传感信息融合技术的研究才刚刚起步，已展现出一定的优势。 3.焊缝跟踪技术 焊接过程的跟踪与纠偏是智能化焊接必须面对与解决的问题之一。实际焊接过程中，受到加工精度、装配精度与热变形等因素的影响，使焊枪偏离焊接轨迹，从而导致焊接质量下降甚至工件报废。所以智能化焊接要求在焊接时，利用传感器检测出焊缝偏差信息，并根据偏差信息实时反馈调整焊接路径与焊接参数。根据焊缝跟踪中所用到的传感器种类的不同可以分为视觉、电弧、超声波、接触式感应跟踪等，其中视觉跟踪和电弧跟踪是焊缝跟踪技术研究的重点。 4.离线编程法 离线编程法也称为虚拟示教法，是利用交互式三维图形软件对机器人、工件及其环境进行建模，并在模拟环境中进行虚拟示教，进而将示教结果转化实际焊接路径的方法。该方法能够提高机器人的使用效率和焊接自动化水平，降低成本。但通过离线编程获取的焊接路径在实际焊接时仍需要进行校准与修正才能使用。目前，国内对于焊接路径规划的离线编程还处于研究试验阶段，而国外一些工业机器人厂家已经开发离线编程软件用于实际生产。 5.电弧跟踪法 电弧跟踪法是利用电弧传感器测量焊接过程中电信号的变化来检测出焊缝偏差信息，从而实现焊接过程纠偏的方法。该方法不受焊接飞溅、弧光、烟尘等干扰，焊枪可达性好，信号检测的实时性较强，成本较低，在焊缝跟踪中取得较广泛的应用。电弧跟踪方法主要用于几何特征比较明显的焊缝跟踪，其工作原理是在V型坡口对接焊试验中，控制电弧周期性摆动，当焊枪位置出现偏差时，电信号在周期内呈非对称分布，根据检测到的电信号变化情况，获取焊枪位置偏差信息，并反馈给控制系统实现焊接过程纠偏。 三、焊接机器人技术发展趋势 智能化技术是保证焊接机器人获取更高焊接质量与生产效率的关键技术，是解决焊接机器人在船舶、航空航天、机械制造等领域进一步深入应用的关键。从上述的研究现状可以看出焊接机器人智能化技术取得了较大的进展，但仍然还有许多问题需要解决。焊接机器人各方面智能化关键技术中:(1)焊接传感技术将由单一传感方法向多传感信息融合方法发展，以确保焊接状态信息的准确性与完整性;(2)研制出
摘要 随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良程度直接影响着零件或产品的质量。国焊接机器人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求相差甚远。因此，大力研究并推广焊接机器人技术势在必行。 本设计的重点是运用机械原理和机械制造装备设计方法设计焊接机器人的 实践和方法。本次设计，是在了解焊接机器人在国外现状的基础上，进而掌握焊接机器人部结构和工作原理，并对手臂和腕部进行结构设计。合理布置了液压缸。同时了解机器人机械系统运动学及运动控制学。为工业上焊接机器人的设计提供理论参考、设计参考和数据参考，为工业设计者提供设计理论和设计实践的参考。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。 关键字：焊接机器人液压系统机械机构设计
Abstract With the development of technology and the increase in industrial demand, welding in industrial production occupied more and more weight, and excellent welding technology directly affects the degree of the quality of parts or products.Although the domestic application of welding robot with a certain scale, but falls far short of the overall demand for welding.Therefore, great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative. The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machinery and equipment design and methods of practice welding robot.The design of the welding robot in understanding the basis of the status quo at home and abroad, and then grasp the welding robot and working principle of the internal structure, and structural design of the arm and wrist.Rational arrangement of the hydraulic cylinder.At the same time understand the robot mechanical system kinematics and motion control study.For the design of industrial welding robots to provide a theoretical reference, reference and data reference design for industrial designers and design practice, design theory reference.The robot has a good rigidity, high precision location, stable characteristics. Keyword:Welding robot；hydraulic system；mechanical structure design
焊接机器人发展现状 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。 当前我国的机器人生产都是应用户的要求，单户单次重新设计，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。 焊接机器人的编程方法目前还是以在线示教方式为主，但编程器的界面比过去有了不少改进，尤其是液晶图形显示屏的采用使新的焊接机器人的编程界面更趋友好、操作更容易。然而，机器人编程时焊缝轨迹上的关键点坐标位置仍必须通过示教方式获取，然后存入程序的运动指令中。这对于一些复杂形状的焊缝轨迹来说，必须花费大量的时间示教，从而降低了机器人的使用效率，也增加了编程人员的劳动强度。目前解决的方法有两种：一是示教编程时只是粗略获取几个焊缝轨迹上的几个关键点，然后通过焊接机器人的视觉传感器通常是电弧传感器或激光视觉传感器自动跟踪实际的焊缝轨迹。这种方式虽然仍离不开示教编程但在一定程度上可以减轻示教编程的强度，提高编程效率。由于电弧焊本身的特点，机器人的视觉传感器并不是对所有焊缝形式都适用。二是采取完全离线编程的办法，使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标位置的获取、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人本身的参与。机器人离线编程早在多年以前就有，只是由于当时受计算机性能的限制，离线编程软件以文本方式为主，编程员需要熟悉机器人的所有指令系统和语法，还要知道如何确定焊缝轨迹的空间位置坐标，因此，编程工作并不轻松省时。随着计算机性能的提高和计算机三维图形技术的发展，机器人离线编程系统多数可在三维图形环境下运行，编程界面友好、方便，获取焊缝轨迹的坐标位置通常可以采用“虚拟示教”的办法，用鼠标轻松点击三维虚拟环境中工件的焊接部位即可获得该点的空间坐标；在有些系统中，可通过图形文件中事先定义的焊缝位置直接生成焊缝轨迹，然后自动生成机器人程序并下载到机器人控制系统。从而大大提高了机器人的编程效率，也减轻了编程员的劳动强度。目前，国际市场上已有基于普通机的商用机器人离线编程软件，通过虚拟示教获得，并在三维图形环境中可让机器人按程序中的轨迹作模拟运动，以此检验其准确性和合理性。所编程序可通过网络直接下载给机器人控制器。 焊接机器人发展趋势 目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面： 1)．机器人操作机结构： 通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。 探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。
焊接机器人离线编程应 用技术 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
焊接机器人离线编程应用技术 一、引述 随着国内外机械装备制造事业飞速发展，对各种机械设备的生产周期、产品质量、制造成本，提出了更高的要求。为了适应这种形势，设法提高及保证焊接接头质量的稳定性，机器人的柔性优势正是解决这一问题的的良好方案。 二、机器人系统简介 通用工业机器人，按其功能划分，一般由 3 个相互关连的部分组成：机械手总成、控制器、示教系统（即示教盒）。机械手总成是机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节、末端操作器、以及内部传感器等组成，它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置，姿态和实现其运动；控制器是机器人的神经中枢，它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学、动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、自保护功能软件等，它处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作；示教系统是机器人与人的交互接口，在示教过程中它将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，它实质上是一个专用的智能终端。 三、机器人编程的类型与应用方法 目前的机器人编程可以分为示教编程与离线编程两种方式。示教编程是指操作人员利用示教盒控制机器人运动，使焊枪到达完成焊接作业所需位姿，并记录下各个示教点的位姿数据，随后机器人便可以在“再现”状态完成这条焊缝的焊接。离线编程是利用三维图形学的成果，在计算机的专业软件中建立起机器人及其工作环境的模型，通过软件功能对图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行编程，进而自动计算出符合机器人语言的文本程序，再通过计算机的仿真模拟运行后将最终的数据程序传至机器人控制系统直接使用。示教编程与离线各有特点。在示教过程中，编程效果受操作人员水平及状态的影响较大，示教时，为了保证轨迹的精度，通常在一段较短（如100mm）的样条曲线焊缝上需要示教数十个数据点，以保证焊接机器人运行平滑及收弧点位置的一致。每段在线示教编程都需要花很长的时间。因要尽量保证示教点在焊缝轨迹上，并且要让焊枪姿态的连续变化，对操作人员的水平要求很高。另外，示教的精度完全靠示教者的经验目测决定，对于复杂路径难以保证示教点的精确结果。而离线编程是将机器人所有编程的工作内容在
焊接机器人的现状及发展趋势 2009-03-11 11:03:46| 分类：机器人系统集成相| 标签：|字号大中小订阅 焊接机器人的现状及发展趋势 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊 接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机 器人的出现使人们自然而然首先想到用它代 替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时 也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程中，被焊工件由于局 部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因 此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根 据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整 焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝 轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必 须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取
相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其它加工过程的检测那么容易，因此，焊接机器人的应用并不是一开始就用于电弧焊过程的。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且不需要焊缝轨迹跟踪，对机器人的精度和重复精度的控制要求比较低。图5所示为不同形式的机器人点焊钳。点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用大大提高了汽车装配焊接的生产率和焊接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一条生产线上对不同的车型进行装配焊接。