機(jī)器人焊接空間焊縫質(zhì)量智能控制技術(shù)及其系統(tǒng)研究參與情況

主要完成人：吳 林、陳善本、邱 濤、呂偉新、林 濤、楊春利、高洪明、戴 明、張廣軍、田勁松

主要完成單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)

2004年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。 2100433B

研究空間曲線焊縫機(jī)器人焊接質(zhì)量智能控制的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)途徑。研究了機(jī)器人焊接避磁路徑和參數(shù)的自主規(guī)劃技術(shù)并研制了離線規(guī)劃劃仿真軟件；采用維視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)初始焊位的識(shí)別、自動(dòng)導(dǎo)引、焊縫跟蹤和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制；研究基于視覺(jué)圖象傳感、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)相結(jié)合的脈沖TIG焊熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程的智能化傳感、建模與控制方法，使系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的功能；研制了九自由度弧焊機(jī)器人的集成系統(tǒng)一焊接柔性加工單元，采用離散事件理論的Peteri網(wǎng)方法對(duì)其進(jìn)行了建模與優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)了空間曲線焊縫機(jī)器人焊接全過(guò)程的質(zhì)量智能控制。若干關(guān)鍵技術(shù)成果已成功地應(yīng)用于航天飛行器等國(guó)防裝備的焊接制造樣件實(shí)驗(yàn)或型號(hào)實(shí)際生產(chǎn)。

焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

世界各國(guó)生產(chǎn)的焊接用機(jī)器人基本上都屬關(guān)節(jié)機(jī)器人，絕大部分有6個(gè)軸。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決工具姿態(tài)的不同要求。焊接機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種為平行四邊形結(jié)構(gòu)，一種為側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)。側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是上、下臂的活動(dòng)范圍大，使機(jī)器人的工作空間幾乎能達(dá)一個(gè)球體。因此，這種機(jī)器人可倒掛在機(jī)架上工作，以節(jié)省占地面積，方便地面物件的流動(dòng)。但是這種側(cè)置式機(jī)器人，2、3軸為懸臂結(jié)構(gòu)，降低機(jī)器人的剛度，一般適用于負(fù)載較小的機(jī)器人，用于電弧焊、切割或噴涂。平行四邊形機(jī)器人其上臂是通過(guò)一根拉桿驅(qū)動(dòng)的。拉桿與下臂組成一個(gè)平行四邊形的兩條邊。故而得名。早期開(kāi)發(fā)的平行四邊形機(jī)器人工作空間比較?。ň窒抻跈C(jī)器人的前部），難以倒掛工作。但80年代后期以來(lái)開(kāi)發(fā)的新型平行四邊形機(jī)器人（平行機(jī)器人），已能把工作空間擴(kuò)大到機(jī)器人的頂部、背部及底部，又沒(méi)有測(cè)置式機(jī)器人的剛度問(wèn)題，從而得到普遍的重視。這種結(jié)構(gòu)不僅適合于輕型也適合于重型機(jī)器人。近年來(lái)點(diǎn)焊用機(jī)器人（負(fù)載100～150kg）大多選用平行四邊形結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人。

上述兩種機(jī)器人各個(gè)軸都是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故采用伺服電機(jī)通過(guò)擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅(qū)動(dòng)。在80年代中期以前，對(duì)于電驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人都是用直流伺服電機(jī)，而80年代后期以來(lái)，各國(guó)先后改用交流伺服電機(jī)。由于交流電機(jī)沒(méi)有碳刷，動(dòng)特性好，使新型機(jī)器人不僅事故率低，而且免維修時(shí)間大為增長(zhǎng)，加（減）速度也快。一些負(fù)載16kg以下的新的輕型機(jī)器人其工具中心點(diǎn)（TCP）的最高運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)3m/s以上，定位準(zhǔn)確，振動(dòng)小。同時(shí)，機(jī)器人的控制柜也改用32位的微機(jī)和新的算法，使之具有自行優(yōu)化路徑的功能，運(yùn)行軌跡更加貼近示教的軌跡。