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机器人遥控焊接技术

1遥控焊接的基本概念

遥控焊接既有别于僵硬的专用设备焊接又有别于理想的机器人自主焊接。严

格含义的遥控焊接应该是有人参与焊接过程，这样的焊接系统具有相当的柔性，

从而更具对环境的适应性。对于弧焊，仅从操作的角度看遥控焊接的内涵应该是：

有人在现场外参与焊接过程动作控制的焊接。即，人通过运动执行机构（操作器、

机器人等）控制焊枪运动的具有较大柔性的焊接方法。这里人的参与可以是部分

的，但如果人仅参与设定参数、启动、停止自动设备，则属于用焊接装置完成全

部预定焊接操作的自动焊接范畴。如果人不参与控制而焊接过程中设备又能根据

具体情况自行调整控制参数则称为自主焊接或自适应焊接。

机器人遥控焊接技术是遥操作机器人技术在焊接领域的应用，是遥操作机器

人技术的一个分支。遥操作机器人技术历史较久，它出现在20世纪中期。而最

早的机器人遥控焊接技术出现于20世纪70年代，比遥操作机器人技术的出现晚

了差不多30年。尽管过去的40多年里很多国外的学者进行了大量的研究也获得

了很多重要的研究成果，但是到目前为止绝大多数的机器人遥控焊接系统还都处

于实验室研究和试验应用阶段。最主要的原因还是机器人遥控焊接系统在技术实

现上确实存在许多困难。首先，焊接任务本身是十分复杂的过程。在运动控制方

面其特点是：（1）控制参数多，如跟踪位置、弧长、速度、姿态等，它们都影响

焊接质量；（2）参数的控制精度要求高，对焊枪位置和速度的控制尤其重要；（3）

控制的实时性要求高，不像装配等任务可以放慢速度、试探性地去完成。其次，

没有采用适合焊接特点的控制方法。对如此复杂的遥控操作任务仍采取模仿人手

工焊接的行为进行遥控焊接是不适合的。

尽管机器人遥控焊接技术的实际应用存在很多困难，但是从目前的技术水平

来说，我们可以采取一些措施使机器人遥控焊接技术能够进行实际应用：（1）改

善设备，包括提高系统中设备的质量，如精度、分辨率等，增加设备的数量，如

添加种类更多、数量更多的设备。通过这些措施一方面增加系统的精确执行动作

的能力，另一方面可以给操作者提供更多关于焊接现场的精确信息，以便减少在

感知、判断上的困难。（2）合理分配任务，避免整个焊接过程中的所有工作都由

操作者来执行。分解复杂的任务，使得系统中各个组成部分（包括操作者）都能

够以很高的智能水平充分发挥它的优势并且尽量只承担它能够胜任的控制任务

将是更加可行的方法。这样通过系统中各个组成部分之间的协作，就可以使得复

杂的任务变成一系列简单的问题，使得困难的操作变得简单，定性的操作变的快

速，定量的操作变得精确，同时也可以使系统中的资源得到充分利用。这方面的

实现相对来说要困难、复杂一些。因为要实现这样的想法需要有很好的理论支持。

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2机器人遥控焊接系统的智能体结构建模

2.1机器人遥控焊接系统的硬件构成

机器人遥控焊接系统由本地端、远端和连接两端的通讯媒介组成，如图1

所示。远端由执行任务的机器人及其控制器、传感系统（立体视觉传感系统、平

面视觉传感系统、激光焊缝跟踪系统、六维力觉传感系统）、焊接电源控制系统

（焊接参数控制以及时序控制）等三个部分组成；通讯媒介是目前非常流行的局

域网；本地端由立体视觉显示系统（立体视觉显示界面、液晶眼镜）和本地控制

／监督人机交互主界面（输入设备、控制界面、平面视觉显示系统）两部分构成。

图1机器人遥控焊接系统构成

机器人及控制器是焊接任务的执行机构，机器人控制器按照遥示教生成的

执行程序或者由激光