周寬忠

摘要：工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)能夠解放大量的勞動(dòng)力并能夠做到許多比人工操作更精準(zhǔn)的工作，而智能焊接便是其中最好的一個(gè)例子。本文將通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)展開敘述分析，并對(duì)工業(yè)機(jī)器人在智能焊接中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;技術(shù)發(fā)展;智能焊接

中圖分類號(hào)：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）06-0001-02

1 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展

1.1 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展史

最早期，我國在對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行研究主要是為了解決國產(chǎn)化這一問題，但因缺乏先進(jìn)的技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致了在研究過程中出現(xiàn)了許許多多的問題，從而致使研究進(jìn)度非常緩慢。但隨著我國對(duì)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的重視，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展速度也得到了提升。近年來隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。目前我國北京、上海、深圳等多個(gè)一線城市已經(jīng)具備了對(duì)工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)的自主研發(fā)，以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[1]。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)分析

工業(yè)機(jī)器人是一種集多領(lǐng)域?yàn)橐惑w的高科技機(jī)電產(chǎn)品。在制造業(yè)的應(yīng)用的需要運(yùn)用到多種技術(shù)，例如自動(dòng)化控制技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等等。而在運(yùn)用的這些技術(shù)當(dāng)中，新型材料技術(shù)、人工智能技術(shù)以及控制技術(shù)是非常關(guān)鍵的技術(shù)。

1.2.1 新型材料技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人沒有感知能力以及自主思考的能力，所以工業(yè)機(jī)器人必須保證作業(yè)時(shí)的精確性以及可靠性。而為了保障并提高工業(yè)機(jī)器人的這些必要條件，便需要保證減速機(jī)的減速齒輪能夠具有足夠的耐磨性，從而保證工業(yè)機(jī)器人在作業(yè)時(shí)的性能穩(wěn)定。大部分的工業(yè)機(jī)器人的零部件不僅是要求具有足夠的耐磨性還需要具有高剛性來保證機(jī)器人在作業(yè)時(shí)的高度精準(zhǔn)度。所以在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的制造時(shí)，需要對(duì)它的制造材料高度重視。

1.2.2 人工智能技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人能夠機(jī)器的穩(wěn)定重復(fù)一致的作業(yè)，這些智能化、擬人化都是靠著人工智能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)機(jī)器人通過數(shù)據(jù)化和智能化將傳統(tǒng)的工藝等都保留在了機(jī)器當(dāng)中，人工智能技術(shù)在此過程中功不可沒?？梢詫⑷斯ぶ悄芗夹g(shù)便是工業(yè)機(jī)器人研究的基礎(chǔ)技能。

1.2.3 新型控制器技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，為保證能夠精確的完美的進(jìn)行，便需要對(duì)它進(jìn)行控制，而在控制時(shí)需要新型的控制器技術(shù)。隨著目前工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用以及作業(yè)內(nèi)容的復(fù)雜，新型的控制器技術(shù)已經(jīng)逐漸向多CPU等發(fā)展，在控制器算法上也逐漸向人工智能方向發(fā)展。

1.3 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

隨著工業(yè)機(jī)器人的制造經(jīng)驗(yàn)逐漸豐富，工業(yè)機(jī)器人的工作將會(huì)更加的智能化，幫助人們拓展新的工作環(huán)境，認(rèn)知更神秘的工作領(lǐng)域，并能在工作人員下達(dá)指令的前提下，按照程序指令，自主地開展工作，所以工業(yè)機(jī)器人的制造需要更加精密的儀器，更加精細(xì)的制造工藝，并確保工業(yè)機(jī)器人的高質(zhì)量成型，滿足實(shí)際工業(yè)需求。

2 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)在智能焊接中的應(yīng)用

我國在焊接方面的人才總共將近2000萬，有認(rèn)證級(jí)別資格的僅有300多萬，目前為止焊接方面崗位人才仍缺超過300萬。焊接人才在作業(yè)時(shí)需要經(jīng)受噪音、電焊塵以及紫外線的危害，高強(qiáng)度高危害的工作條件導(dǎo)致了焊接人才的持續(xù)的快速流失，可以說我國將面臨的便是5～10年后無焊接人才可用。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)便解決了這個(gè)問題，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，一臺(tái)機(jī)器人工作站可以代替2名焊接人才。經(jīng)多次的實(shí)驗(yàn)以及改善，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛的替代焊接人才進(jìn)入市場(chǎng)工作。而機(jī)器人智能焊接的優(yōu)勢(shì)不僅僅是體現(xiàn)在可以替代人工，還體現(xiàn)在它能夠保障焊接的準(zhǔn)確性、可靠性以及美觀性，能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作，大大提升了工作效率等方面。

2.1 智能焊接工作站

2.1.1 手眼系統(tǒng)

手眼系統(tǒng)便是通過視覺對(duì)焊接的位置進(jìn)行在線的視覺定位，并進(jìn)行在線的矯正以及補(bǔ)償，從而確保定位準(zhǔn)確的穩(wěn)定度能夠達(dá)到98.5%，此過程是通過視覺以及AI算法進(jìn)行判定的。通過焊前的缺陷識(shí)別以及在線焊接工藝的補(bǔ)償，整合深度的學(xué)習(xí)算法，保證工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行單詞動(dòng)作運(yùn)行時(shí)效率穩(wěn)定收斂在1S以內(nèi)。通過缺陷標(biāo)簽的深化分析以及迭代學(xué)習(xí)，決定焊后的修復(fù)工作：補(bǔ)焊或者重新進(jìn)行焊接，一般在現(xiàn)場(chǎng)焊接完成后，機(jī)器人會(huì)執(zhí)行拍照行為，隨后上傳至工廠的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，通過人工智能算法進(jìn)行焊后缺陷質(zhì)檢，該系統(tǒng)的識(shí)別準(zhǔn)確度>90%（立焊、平焊角接、平焊搭接）。

2.1.2 工藝與路徑規(guī)劃

通過被焊物的特征進(jìn)行規(guī)劃工業(yè)機(jī)器人的焊接工藝流程以及參數(shù)、焊接的路徑以及姿態(tài)的變化。根據(jù)實(shí)際焊接過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線以及離線分析，從而優(yōu)化工藝路徑。通過仿真的和半實(shí)物仿真等方式，實(shí)現(xiàn)真正意義上的虛擬制作，快速的規(guī)劃驗(yàn)證工業(yè)機(jī)器人的工藝路徑規(guī)劃。

2.1.3 動(dòng)態(tài)三維重構(gòu)與自動(dòng)標(biāo)定

在此工作站中采用了機(jī)器人坐標(biāo)恢復(fù)系統(tǒng)，通過簡(jiǎn)單的安裝使用，達(dá)到讓工業(yè)機(jī)器人在作業(yè)時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊、快速恢復(fù)精度的目的。動(dòng)態(tài)三維重構(gòu)系統(tǒng)則是幫助機(jī)器人能夠快速的獲取加工件的空間狀態(tài)信息并正確抓取作業(yè)面。最后自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)快速的建立起作業(yè)面與機(jī)器人的加工坐標(biāo)系間的關(guān)系。

2.2 焊接工藝中使用的數(shù)據(jù)算法

在進(jìn)行焊前準(zhǔn)備時(shí)，焊接工藝主要是通過場(chǎng)景信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫推薦工藝算法從而向機(jī)器人傳輸關(guān)鍵參數(shù);在進(jìn)行焊接前，焊接工藝主要是通過空間及位置姿態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像及空間定位算法向機(jī)器人傳輸運(yùn)動(dòng)軌跡及位姿建議數(shù)據(jù);在進(jìn)行焊接時(shí)，焊接工藝主要是通過實(shí)時(shí)電流電壓圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行電流電壓時(shí)間序列自學(xué)習(xí)算法并向機(jī)器人傳輸實(shí)時(shí)參數(shù)/運(yùn)動(dòng)控制;在焊接結(jié)束后，焊接工藝主要通過質(zhì)檢數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像質(zhì)檢算法向機(jī)器人傳輸全焊接流程工藝優(yōu)化信息。

2.3 智能焊接軌跡規(guī)劃器

在對(duì)工業(yè)機(jī)器人的焊接軌跡進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，首先便通過交互界面對(duì)被焊物的特征進(jìn)行視覺3D重構(gòu)，在達(dá)到基準(zhǔn)軸線后便通過交互界面輸入坡口、焊道信息等數(shù)據(jù)通過算法庫進(jìn)行機(jī)器人的軌跡規(guī)劃。規(guī)劃完成后，交互界面便通過遠(yuǎn)程TCP系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人傳輸指令，從而達(dá)到控制機(jī)器人的焊接軌跡操作。

3 結(jié)語

總而言之，工業(yè)機(jī)器人能夠機(jī)器的對(duì)相應(yīng)的工作設(shè)定進(jìn)行重復(fù)一致、穩(wěn)定的操作，大幅度節(jié)省了人力及物力。工業(yè)機(jī)器人在智能焊接的應(yīng)用中，能夠彌補(bǔ)焊接人才的不足，并能夠大幅度的提高焊接工作的效率，由此可見在工業(yè)生產(chǎn)方面工業(yè)機(jī)器人起到了非常重要的作用。目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)還需借鑒擁有先進(jìn)技術(shù)國家在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，并同時(shí)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，大膽改革創(chuàng)新，將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)推向更實(shí)用、更科學(xué)、更有利于國家發(fā)展的新高度。

參考文獻(xiàn)

[1] Zheng Wang，Yunjiang Lou，Yue Liu，et al.An Open Control System Architecture with an On-line Velocity Filter for Industrial Robots[D].In Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics，2012.