机器人智能化焊接技术精要.docx

机器人智能化焊接技术1、智能化焊接的大背景：自从改革开放以来，中国制造业发展突飞猛进，彻底激活了中国的加工业，让中国成为了“世界工厂”之说，但是近年来，随着中国人口红利的日渐消失，外来制造业正逐步转移到东南亚以及印度、巴西、墨西哥等劳动力成本较低的国家。正如美国提出制造业回归概念，中国制造业的未来应该考虑如何能够长远提升中国创造的能力以及产业投资、经营环境，而不应该仅仅停留在早期代工阶段。目前，中国制造业生产技术特别是关键技术主要依靠国外的状况仍未从根本上改变，部分行业劳动密集型为主，附加值不高。目前，尽管我国制造业的技术创新有所提高，但在自主开发能力仍较薄弱，研发投入总体不足，缺少自主知识产权的高新技术，缺乏世界一流的研发资源和技术知识，对国外先进技术的消化、吸收、创新不足，基本上没有掌握新产品开发的主动权。更为关键的是，大部分企业和政府部门基于中国市场的薪资水平，来为是否选用机器人做成本核算，却根本没有考虑到周边国家及地区“竞争对手”的人力成本。其实，大规模使用机器人升级制造业，更深层次的原因是减少流水线管理成本以及提高企业的管理和生产效率。因为除了精准、高效、可适应恶劣生产环境等优势，机器人可以给制造业带来“高水平制造工艺”和“制造高水平产品”。为了提高我国的制造业技术以及提升我们产品的附加价值，我们国家提出了在2025年实现工业4.0（工业化4.0）。工业化4.0最开始是德国政府提出的一个高科技战略计划，其技术基础是网络实力系统及物联网。德国所谓的工业四代(Industry4.0)是指利用物联信息系统(Cyber—PhysicalSystem简称CPS)将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化的产品供应。工业4.0已经进入中德合作新时达了。全世界平均45%的钢用于焊接结构，而工业发达国家焊接结构用钢量已达到占钢产量的60%~70%。近些年，随着我国工业现代化的高速发展，许多重型结构如电站锅炉、压力容器、重型机械、船舶等结构大型化，使焊接结构用钢量大幅上升，但是我国焊接生产机械化、自动化水平低，为了提高生产效率，提高产品的精度，降低工人劳动强度，我们国家需要向焊接自动化，焊接智能化发展。2、智能化焊接实现的途径：一、前言焊接机器人是应用最广泛的一类工业机器人，在各国机器人应用比例中大约占总数的40％～60％。采用机器人焊接是焊接自动化的革命性进步，它突破了传统的焊接刚性自动化方式，开拓了一种柔性自动化新方式。刚性自动化焊接设备一般都是专用的，通常用于中、大批量焊接产品的自动化生产，因而在中、小批量产品焊接生产中，焊条电弧焊仍是主要焊接方式，焊接机器人使小批量产品的自动化焊接生产成为可能。焊接机器人的主要优点如下：　　1)易于实现焊接产品质量的稳定和提高，保证其均一性；　　2)提高生产率，一天可24h连续生产；　　3)改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作：　　4)降低对工人操作技术难度的要求；　　5)缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；　　6)可实现小批量产品焊接自动化；　　7)为焊接柔性生产线提供技术基础。二、机器人焊接智能化系统技术组成机器人焊接智能化系统是建立在智能反馈控制理论基础之上，涉及众多学科综合技术交叉的先进制造系统。除了不同的焊接工艺要求不同的焊接机器人实现技术与相关设备之外，现行机器人焊接智能化系统可从宏观上划分为如图1所示的组成部分：　　1)机器人焊接任务规划软件系统设计技术；　　2)焊接环境、焊缝位置及走向以及焊接动态过程的智能传感技术；　　3)机器人运动轨迹控制实现技术；　　4)焊接动态过程的实时智能控制器设计；　　5)机器人焊接智能化复杂系统的控制与优化管理技术。三、机器人焊接任务规划技术机器人焊接任务职能规划系统的基本任务是在一定的焊接工作区内自动生成从初始状态到目标状态的机器人动作序列、可达的焊枪运动轨迹和最佳的焊枪姿态、以及与之相匹配的焊接参数和控制程序，并能实现对焊接规划过程的自动仿真与优化。机器人焊接任务规划可归结为人工智能领域的问题求解技术，其包含焊接路径规划和焊接参数规划两部分。由于焊接工艺及任务的多样性与复杂性，在实际施焊前对机器人焊接的路径和焊接参数方案进行计算机软件规划(即CAD仿真设计研究)是十分必要的。这一方面可以大幅度节省实际示教对生产线的占用时间，提高焊接机器人的利用率，另一方面还可以实现机器人运动过程的焊前模拟，保证生产过程的有效性和安全性。机器人焊接参数规划主要是指对焊接工艺过程中各种质量控制参数的设计与确定。焊接参数规划的基础是参数规划模型的建立，由于焊接过程的复杂性和不确定性，目前应用和研究较多的模型结构主要是基于神经网络理论、模糊推理理论以及专家系统理论等。根据该模型的结构和输入输出关系，由预先获取的焊缝特征点数