智能化焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展

自從1956年Devol提出早的工業(yè)焊接機(jī)器人概念以來(lái)，工業(yè)焊接機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過(guò)了50多年，概括起來(lái)可以歸納為3個(gè)階段，即一階段“示教-再現(xiàn)”型機(jī)器人（焊接機(jī)器人本體、運(yùn)動(dòng)控制器和示教器），第二階段基于一定傳感信息的離線編程焊接機(jī)器人，第三階段具有自適應(yīng)性的智能化焊接機(jī)器人。作為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的誕生，美國(guó)焊接機(jī)器人數(shù)量巨大，在十年前就超過(guò)了15萬(wàn)臺(tái)。由于智能化焊接機(jī)器人不僅有感知能力，，還有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力，能夠通過(guò)記憶、推理和決策完成更復(fù)雜的動(dòng)作，還能與外部對(duì)象、環(huán)境和人相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)地工作。

管道焊接機(jī)器人發(fā)展歷史

管與管之間相交產(chǎn)生的相貫線焊縫在工業(yè)中非常常見(jiàn)。在20世紀(jì)，國(guó)內(nèi)外工廠大多采用手工的方式來(lái)完成焊接。由于相貫線焊縫是復(fù)雜的空間軌跡，并且焊接的生產(chǎn)周期一般較長(zhǎng)，所以很難保證焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性。現(xiàn)在焊接行業(yè)對(duì)于焊接變位機(jī)的要求越來(lái)越高，在很多焊接作業(yè)當(dāng)中，都需要變位機(jī)發(fā)揮作用，像焊接機(jī)器人等自動(dòng)焊接設(shè)備都可以是變位機(jī)的好搭檔。另外，在大型的厚壁容器在焊接的過(guò)程中，一般需要對(duì)待焊管體進(jìn)行預(yù)熱工作，并且預(yù)熱溫度一般較高，使得工作環(huán)境比較惡劣。自20世紀(jì)末期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始研究相貫線焊縫的自動(dòng)焊接技術(shù)，并且有了一定的成果。1996年日本慶應(yīng)大學(xué)研制出了管道焊接自主移動(dòng)機(jī)器人它能夠沿管道移動(dòng)，在焊前利用CCD相機(jī)采集信息，自動(dòng)尋找焊縫位置，然后讓通過(guò)幾個(gè)軸的配合實(shí)現(xiàn)全位置焊接，其結(jié)構(gòu)圖如圖1-6所示。該焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)較為繁瑣，在實(shí)際應(yīng)用中適應(yīng)性不強(qiáng)。

焊接機(jī)器人機(jī)械臂調(diào)速曲線的3種形式

焊接機(jī)器人工作時(shí)，根據(jù)機(jī)械臂末端與焊點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近，可以劃分為三種不同的機(jī)械臂調(diào)速曲線，分別是下圖的Curve-0、Curve-1、Curve-2。三種曲線均為理想速度曲線。

當(dāng)焊接機(jī)器人執(zhí)行焊接任務(wù)時(shí)，首先計(jì)算機(jī)械臂末端到目標(biāo)距離(焊點(diǎn))的距離。通過(guò)將定位焊從電極焊改為氣體保護(hù)焊，對(duì)點(diǎn)焊件進(jìn)行拋光，避免了定位焊產(chǎn)生的渣殼或氣孔，從而避免了電弧不穩(wěn)定甚至飛濺。機(jī)械臂啟動(dòng)、停止所運(yùn)行的短距離記為L(zhǎng)0，大速度記為V0，則當(dāng)需要移動(dòng)的距離L<L0時(shí)，機(jī)械臂末端速度為余弦曲線Curve-0；當(dāng)機(jī)械臂末端所需的-直線曲線Curve-2。