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机器人焊接智能化技术

一般工业现场应用的弧焊机器人大都是示教再现型的，这种焊接机器人对示教条件以外

的焊接过程动态变化＼焊件变形和随机因素干扰等不具有适应能力。随着焊接产品的高质

量、多品种＼小批量等要求增加，以及应用现场的各种复杂变化，使得直接从供货公和技术

要求。这就需要对本体机器人焊接系统进行二次开发。通常包括给焊接机器人配置适当的传

感器，柔性周边设备以及相应软件功能，如焊缝跟踪传感、焊接过程传感与实时控制、焊接

变位机构以及焊接任务的离线规划与仿真软件等。这些功能大大扩展了基本示教再现焊接机

器人的功能，从某种意义上讲，这样的焊接机器人系统已具有一定的智能行为，不过其智能

程度的高低由所配置的传感器、控制器以及软硬件所决定。目前，这种焊接机器人智能化系

统已成发展趋势，现将相关的智能化技术简要介绍如下。

5．1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30所示的组成部分：

图30机器人焊接智能化系统技术组成

图30中机器人焊接智能化系统涉及如下几个主要技术基础：

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。

5．2机器人焊接任务规划软件设许技术

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。

机器人焊接路径规划的涵义主要是指对机器人末端焊枪轨迹的规划。焊枪轨迹的生成是

将一条焊缝的焊接任务进行划分后，得到的一个关于焊枪运动的子任务，可用焊枪轨迹序列

{P}(?=1，2,...,n)来表示。通过选择和调整机器人各运动关节，得到一组合适的

hi

相容关节解序列J={A，A，…，An}，在满足关节空间的限制和约束条件下，提高机

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器人的空间可达性和运动平稳性，完成焊缝上的焊枪轨迹序列。

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据可以生成参数规划模型所要求的输入参

数和目标参数，通过规划器后即可得到施焊时相应的焊接工艺参数。

机器人焊接路径规划不同于一般移动机器人的路径规划。它的特点在于对焊缝空间连续

曲线轨迹、焊枪运动的无碰，路径以及焊上枪姿态的综合设计与优化。由于焊接参数规划通

常需要根据不同的工艺要求、不同的焊缝空间位置以及相异的工件材质和形状作相应的调

整，而焊接路径规划和参数规划又具有一定的相互联系，因此对它们进行联合规划研究具有

实际的意义。对焊接质量来讲，焊枪的姿态路径和．焊接参数是一个紧密耦合的统一整体。

一方面在机器人路径规划中的焊枪姿态决定了施焊时的行走角和工作角，机器人末端执行器

的运动速度也决定了焊接速度，而行走角、工作角、焊接速度等都是焊接参数的重要内容；

另一方面，从焊接工艺和焊接质量控制角度讲，焊接速度、焊枪行走角等参数的调整由必须

在机器人运动路径规划中得以实现。而从焊缝成形的规划模型来看，焊接电流、电弧电压、

焊枪运动速度、焊接行走角4个量又必须有机地配合才能较好。地实现对焊缝成形的控制。

因此焊接路径和焊接参数是一个有机的统一整体，必