3 2014年第17期
（总第296期）
NO.17.2014 ( CumulativetyNO.296 )
最近几十年间，世界各地的工业机器人在不断增 多，其中50%左右为焊接机器人。截至目前，焊接机器 人已经经历了三次更新换代，由原始的以示教再现方式 运行的焊接机器人，到通过传感器接收信息的离线编程 焊接机器人，再发展到了现今的多传感器的、且能够自 行编程以适应环境的自适应智能机器人。焊接机器人的 研发速度是惊人的，已经发展到了根据环境变化而高度 适应的智能化程度。
1 焊接机器人技术研究现状
现阶段，国内外对焊接机器人的技术方面的研究都 主要集中在五方面：机器人用焊接工艺、焊接机器人系 统仿真技术、机器人专用弧焊电源技术、多台焊接机器 人及外围设备的协调控制技术以及焊缝跟踪技术等。
1.1 机器人用焊接工艺
在机器人焊接方面，目前最常用的弧焊技术是气体 保护焊，这种方法主要包括融化极氩弧焊和富氩混合 气体保护焊。除了这两种方法，使用较多的方法就是钨 极氩气保护焊。一些在弧焊机器人方面技术较先进的 国家使用的方法多是热丝等离子焊、热丝TIG焊等前沿 工艺。
1.2 焊接机器人系统仿真技术
机器人研究的跨学科性是很多研究者对其着迷的关 键点，在研发过程中经常会遇到动力学、运动学方面的 问题，又因为机器人是多连杆空间结构、自由度较高，
在研发过程中遇到的问题就会更加复杂多变了。以机械 手的仿真技术为例，在设计过程中使用机器人理论、
CAD和计算机图形设计等技术在计算机中以动画形式呈 现出来，然后对机械手的操作臂控制、运动学正反解分 析和实际运行中在环境中遇到的抗干扰和避让问题进行 仿真模拟，通过这种方法可以很好地解决遇到的问题。
1.3 机器人专用弧焊电源技术
在研发焊接机器人时，不仅要关注机器人系统的研 究、设计和机器人的焊接技术，还要对弧焊电源给予重 视。弧焊电源具有良好的电器性能，能够使焊接机器人 的功能得到更大发挥。
1.4 多台焊接机器人及外围设备的协调控制技术 严格来讲，焊接机器人是一个焊接机器人系统或工 作站，通常包括焊机系统、机器人控制柜、机器人本 体以及送丝单元等。在实际操作中，只有将变位机、焊 接机器人以及弧焊电源等进行柔性化集成，才能发挥其 作用。
1.5 焊缝跟踪技术
一般情况下弧焊就能够保证机器人的焊接质量，但 在焊接工作的条件和环境发生变化时，往往会使焊炬偏 离焊缝，致使焊接质量问题。在这种情况下，就要对焊 缝进行实时测查，检测焊缝偏差，调节焊接参数和焊接 路径等，以保障焊缝质量。焊缝跟踪技术是以传感器技 术以及焊缝跟踪控制理论为基础的。
（1）传感器技术。近些年，随着智能技术的不断 发展，在原有的基本传感器的基础上出现了一种新型的 传感器，智能传感器。智能传感器技术在机器人传感研 究方面起到了重要的推动作用。电弧传感器的工作原理 是直接从焊接电弧本身获取焊缝偏差信息，不需要任何 附加装置，具有成本低、实时性强等优点。
光传感器中最具吸引力的莫过于视觉传感器。它是 光传感技术与计算机的图像和视觉处理方法有机整合后 产生的技术，可以有效提高弧焊机器人的适应能力。光 传感器除了视觉传感器外，还包括光谱、光纤、光电、
红外等种类。
（2）焊缝跟踪控制理论与方法。智能控制的雏形 是模糊控制，它借鉴了人类思维的模糊性，结合模糊数
焊接机器人技术现状与发展趋势
王恩浩
（唐山开元自动焊接装备有限公司，河北 唐山 063000）
摘要：机器人逐渐走入人类社会，在人们生产、生活中发挥着重要作用。文章对焊接机器人的发展过程进行 了介绍，对仿真技术与机器人焊接工艺、焊接机器人用弧焊电源、焊接机器人与外围设备的协调控制技术、
焊缝跟踪技术等机器人焊接技术进行了综合论述，并对其发展趋势进行了阐述。
关键词：焊接机器人；控制技术；焊接技术；智能化；仿真技术
中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）17-0003-02
DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2014.17.002
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学中的模糊关系、推理和决策等得出了控制动作。模糊 控制具有鲁棒性和自适应等优点，能够很好地适应时变 的焊接机器人系统，它为机器人焊接技术的发展和研究 奠定了一个良好的技术基础。
神经网络控制是由人类大脑神经的工作机理受到启 发而研究出的控制系统，对非线性的、时变的焊接系统 具有很好的适应能力。机器人通过人工神经网络的硬件 和软件系统能够对环境和工作进行记忆、联想和学习。
和传统的专家系统不同，神经网络在对焊接参数的处理 上有其独特特点：
系统在经历的环境和任务中能够进行学习，在遇到 事件时，系统可以根据实验数据或经历过的事例中进行 数据记录和调出，无需专家指导。
由于神经网络算法的自身特点，使用神经网络系统 的机器人接收到的数据可以是模糊的或是不精确、不完 整的。
输入和输出数据的关系没有直接关系时，是没有成 型的算法或模型可以使用的。
2 焊接机器人技术的发展趋势
2.1 多传感器信息智能融合技术
近些年来，传感器技术的出现越来越频繁，但是单 一的传感器信息不能对智能机器人系统所需的精确性和 可靠性提供足够的信息支持。这种情况催生出了多种传 感器信息的融合技术，综合利用多种传感信息，以做出 正确理解和判断。
2.2 虚拟现实技术
虚拟现实技术是对事件的现实性从时间和空间上进 行分解后重新组合的技术。通过虚拟现实、临场传感技 术、多媒体技术等，可以实现人机交互，能够做到虚拟 遥控机器人。
2.3 多智能焊接机器人系统
多智能焊接机器人系统是在单体智能机器上发展起 来的。多台机器人相互配合，共同完成关联的工作和任 务，以实现共同目标。在设计系统时，不追求复杂的、
庞大的单体系统，而是从物理、逻辑和功能上设计划分 出具有一定独立功能的多个智能单体，各单体间相互配 合、互通信息，以完成同一个全局性任务。
2.4 智能化控制技术
模糊计算和神经网络单独采用时，会存在一些缺 陷。影响其功能实现的因素主要有：训练样本数、神经 元个数和拓扑结构等。一般的神经网络控制器能够在线 训练，并能够取得一般结果，但是不能确保其可靠性，
而且在离线状态下，其收敛会因参数的选择不合适而产 生问题。在模糊控制中，解模糊化、模糊关系矩阵计 算、隶属函数选择等都是亟待研究解决的问题。所以，
可以将这两种技术结合使用，形成优势互补，这样不仅 能够解决这两种技术自身的问题，还能发挥它们的综合 作用。
3 结语
世界工业技术的发展中，机器人技术的研究占有重 要的地位，机器人技术的应用和发展对工业技术的进步 起到了极大的推动作用。最近几年，我国在机器人弧焊 电源、仿真技术与离线编程、信息传感、智能控制、焊 缝跟踪等方面进行了大量研究，并对多项技术进行了攻 关。随着网络技术和智能化进程的发展，焊接机器人还 会有更多需要深入研究的问题和方向。
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作者简介：王恩浩（1987—），男，河北安国人，
唐山开元自动焊接装备有限公司机械设计工程师，助理 工程师，研究方向：自动焊接装备、自动切割装备、焊 接机器人。
