智能制造与机器人焊接技术的集成与应用

任萱

摘   要：焊接机器人技术缺少“柔性”，需要根据实际数据以及实际作业的要求来提前设置焊接需要进行的路径和焊接中重要的参数，这往往在焊接工作中留下比较明显的缺点。像常见的点焊、弧焊等这些常见的机械示教式流程，主要为通过稳定的编程程序，使焊接电源需要的参数以及焊接機器人所用的焊枪中心点位的位姿行走、轨迹达到一个稳定可控的状态。在近年来人工智能技术、工业控制技术和网络通信技术不断发展的前提下，现在的单一示教再现型焊接机器人正在像智能化、多传感的智能化柔性加工单元体系为发展方向。现在主要讲解焊接机器人通过智能化焊接工作平台的系统实际应用和关键组成部分。通过设计较为先进的智能焊接系统，解决在柔性生产当中机器人的问题以及控制系统与其他组成系统诸如通信、快速装夹工件和焊缝跟踪等技术上的难题。

关键词：智能化  机器人集成  焊接工作平台

中图分类号：F426.6                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0084-02

在焊接机器人的前景当中，出现了之前从未出现的机遇，就是在技术不断发展的同时，焊接机器人的售价却是在下降，性价比的提升成为了显而易见的事情;除此之外，现在阶段的劳动力成本处于一个不断上升的状态，我国迈出了由工业制造大国向工业制造强国的脚步。在这个过程当中，需要提升我国的产品质量、让产业的加工手段得到提高，以此来增加我国企业的国际竞争力，这些现象都可表明在焊接机器人产业还有很大的发展前景以及发展空间。

现在的高新型应用技术包含机械设计、焊接工艺、识别以及传感技术、信息采集、自动控制和处理多种学科形成的新型应用技术，其主要目的是解决焊接工艺作为主体的自动化设备能否在满足工业制造中的焊接需求，在检测和控制质量时以自动化、智能化和信息化作为评定的基础标准。

1  焊接机器人的发展方向以及分类

在现阶段，焊接机器人的基础应用模块以及趋于成熟，类型丰富多样，主要包括电焊机器人、摩擦焊接机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人在内的多种类型。

而焊接机器人的发展方向大致如下。

1.1 焊接机器人的本体结构

机器人的本体结构是一个精细的工作流程，对于定位的精准要求以及动作的灵活度要求都非常高，正因如此，使得机器人成为关键时刻执行机构的重要发展方向是轻便巧妙，而模块化和可重构的也同样成为了本体结构将来的发展方向。

1.2 智能传感技术

环境可以对焊接过程造成较大的影响，工作本身也会因为这个因素而发生变形，为了改变被称为“盲人式”焊接的一代示教焊接编程，需要我们对焊接未来的发展方向注入更有效更多彩的感觉，除了视觉传感器之外，还可以额外的添加声觉、触觉、力觉等其他多方面的传感设备，增加其对于周遭环境的感知能力，当这些设备在机器人系统中运行时，可以 确保机器人焊接的过程可以实现自动把控和精准定位。

1.3 网络通信技术

机器人焊接从原来孤立的一方面在企业自动化和信息化的浪潮当中迅速融入，被添加到数字化工厂的名录当中。不但如此，今后还会增加机器人多智能化群体体系的构建、相互磋商机理以及通信以及学习方法和感知、模型构建与规划、控制群体行为以及其他相关方面的研究。

1.4 VR技术

VR就是虚拟现实技术，将仿真、预演和发展添加到机器人应用的控制过程中，让操作者可以通过远程操纵来完成对机器人的操纵，依赖多元传感器、虚拟现实技术和临场技术来完成机器人的虚拟操纵，实现人机交互的过程。

2  典型机器人焊接系统

机器人、工装夹具和焊接装备等内容构成了机器人焊接的基本系统，在技术角度来分析，焊接体系主要分为“焊接+机器人”“焊接工作站+机器人”“焊接生产线+机器人”三个体系。

3  智能焊接技术的集成应用

3.1 智能焊接站系统的主要应用

智能焊接站的主要构成组件是机器人系统、焊接电源系统、控制系统、焊枪防撞传感器、机器人移动轨道、安全系统、清枪站、变位机和工装夹具以及排烟除尘系统。在焊接工作站中采用两工位这种设计和液压/气动焊接夹具的多是弧焊机器人，这种工作方式可以实现操作者与机器人焊接交替工作，可以在最大程度上减少焊接机器人的待机时间，最大化提高生产效率。在一周内，传统系统可以处理400个工件，而智能焊接系统则可以处理600个工件，极大地提高了工作的效率。如图1所示。

对于其中具体的构建如下所述：

（1）机器人系统：这种专用的1660ID弧焊机器人多采用ABB，除此之外还配备有TBI的水冷焊枪，这种焊枪上往往自带传感器来检测发生的碰撞情况，可以在更大程度上保护移动或焊接过程中的焊枪。

（2）焊接电源系统：这种智能站点所采用的电源系统为美国林肯的全数字化焊机R500，这套焊接技术具有比较完善的焊接工艺，可以满足客户在工件不同时的不同的焊接需求。

（3）控制系统：德国西门子旗下的PLC是控制系统的主要元件，这套系统可以构建通信网络，将各个电子元件连接在一起，保证整个系统可以有效稳定的运行，实现自动化的进程，并且可以对相关的生产参数进行监测。

（4）变位机与夹具：作为系统中的主要执行中枢机构，需要有工装夹具安装在变位机上，可以快速定位到工作元件当中，其中有通过电机驱动的旋转轴作为变位机身，以此来达到精确控制旋转角度的任务。