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弧焊机器人的初步认识 1 弧焊机器人概述 弧焊机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）下的定义，工业机器人是一种多用途的，可重复编程的自动控制操作机，它具有三个或更多的可编程的轴，用于工业自动化领域。焊接机器人就是在工业机器人的末轴装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂，主要包括机器人和焊接设备两部分。弧焊机器人是焊接机器人的一种，可以被应用在所有电弧焊的工艺方法中。最常用的应用范围是CO2气体保护焊、MAG焊、MIG焊、TIG焊以及埋弧焊。 1.1 发展概况[1] 随着计算机技术的、微电子技术、网络技术的快速发展，工业机器人已经发展到第三代了。 第一代示教再现型机器人，应用最多已实现商品化。它是通过人操纵机械手做一遍或通过控制器发出指令，是机械手一步一步的完成。然后再让其自动的完成一遍即正式焊接。其结构如图1所示。 第二代有感觉的机器人，它是在第一代的基础上加上一些传感器（视觉、触觉、位移等）使之能适应一些复杂的环境。 第三代是智能型的机器人，它是类人型的，可以具有独立的判断、行动、记忆、推理以及决策能力。但目前仍处于研究阶段。 焊接机器人中弧焊机器人和点焊机器人应用最广。点焊机器人主要用于汽车行业。弧焊机器人的应用领域较广，可以用电弧焊进行的行业基本都可以应用。 图1 示教再现型弧焊机器人的构成 1.2 弧焊机器人的特点 与点焊机器人相比，弧焊机器人有以下特点： 1） 受控运动方式不同。点焊机器人是点控制型，机器人从一个点目标到另一个点目标。而弧焊机器人通常采用连续焊，故属于连续轨迹控制型，即机械手按照原先划定的轨迹运行。 2） 弧焊机器人过程更复杂，要求机器人的运动轨迹的重复精度、焊枪姿态、焊接参数都要有跟精确的控制。对于一些类型的焊缝弧焊机器人还应具有额外的功能。如：为了满足角焊缝的成形要求，弧焊机器人还应具有摆动的功能。 3） 弧焊机器人具有可靠的引弧和收弧功能。 4） 电弧焊易发生粘丝、断丝等故障，会损坏机器和工件。因此弧焊机器人必须具有实时检测，及自动停车、报警等处理手段。 2 焊接机器人的发展方向及应用难点 弧焊机器人的发展方向不需根据其应用的难点，这是实践的要求。因而接下来分析其应用难点是哪些。 2.1 弧焊机器人应用碰到的技术难题[2] 弧焊机器人在实际生产中的应用仍有如下的关键问题有待进一步研究解决： 1) 弧焊机器人系统的柔性化问题。大型自动化焊接装备或生产线的一次投资相对较高，在设计这种焊接装备时必须考虑柔性化，形成柔性制造系统，以充分发挥装备的效能，满足同类产品不同规格工件的生产需要【2】。 2) 新型机器人用弧焊逆变电源结构和性能的优化及电流波形控制问题， 使熔滴实现最佳过渡， 减少飞溅。 3) 弧焊过程使用传感技术， 快速准确地提取弧焊过程的特征信息， 实现焊缝自动跟踪问题。 4) 实用化的弧焊动态过程和焊接质量的实时智能控制技术的问题。 5) 弧焊机器人工程应用和产业化中的技术成果转化的问题。 2.2 弧焊机器人的发展方向 科学技术的不断发展，使工业生产系统不断向大型复杂开放的方向发展，反过来又对焊接机器人等工业技术提出了更高的要求。为应对上述难点，焊接跟踪、对焊接机器人采用弧焊电源的研究、虚拟仿真、智能传感以及多智能体协调控制和特种机器人等技术成为焊接机器人的技术研究热点。不断地促使弧焊机器人在复杂环境的焊接能力提高。 1）焊接跟踪技术 对弧焊机器人施焊过程而言，焊接条件的稳定与否或焊接机器人对工作环境的适应与否，直接关系到焊接质量。但是，在焊接环境及其它因素的影响下， 焊接条件经常处于变化状态。焊接条件的变化导致在施焊过程中焊炬偏离焊缝，对焊接质量有着直接的影响，严重者则会导致失败。因此在施焊过程中，要对焊缝进行时常检测，同时适当的对焊接路径和焊接参数进行调整，为焊接质量工作做好基础。因此，为了确保施焊过程中焊接的质量，焊接跟踪技术的实施是必要的。而对焊接跟踪技术进行研究可以从传感器技术和控制理论方法着手【3】。而且焊接跟踪技术包括焊缝跟踪技术。 2） 对焊接机器人采用弧焊电源的研究 在设计并研究焊接机器人系统的工作中，只是一味的对机器人本体或焊接操作系统进行详细研究是不行的。要想实现焊接机器人充分发挥出高效优质的特点，对电器性能良好的专用弧焊电源的研究是至关重要的。目前，模糊控制电源的出现引起了大家的关注，对于模糊控制电源，采用了模糊控制的方法对电源进行控制。对焊接表面有波浪型起伏的工作和焊接过程中有较大变形工作这两项工作中最适合采用这种电源。模糊控制电源的运用，不仅可以减少焊接缺陷，还可以对熔宽和熔深给予保证，而且还可以拥有美观的焊接表面。目前，弧焊电源的发展不断数字化，数字焊机也将成为弧焊机器人焊接电源的发展方向【3