焊接機(jī)器人效率是人工數(shù)倍？了解一下這位“能工巧匠”
近日，在北京市石景山區(qū)供水管網(wǎng)完善一期工程施工現(xiàn)場(chǎng)，北京市自來(lái)水集團(tuán)首次在供水管道施工作業(yè)中應(yīng)用“焊接機(jī)器人”。這項(xiàng)技術(shù)由市自來(lái)水集團(tuán)禹通公司與北京石油化工學(xué)院共同研發(fā)，工作效率較傳統(tǒng)焊接工藝提高了3倍，一次焊接合格率近100%。你知道機(jī)器人是怎樣完成焊接工作的嗎？
河南眾匯-焊接機(jī)器人
焊接機(jī)器人，顧名思義即完成焊接工作的機(jī)器人，任務(wù)主要包含切割工序和噴涂工序等。事實(shí)上，它并非一個(gè)完整的“機(jī)器人”，既沒(méi)有鼻子、眼睛和腦袋，也沒(méi)有雙腿和軀干，只有一個(gè)機(jī)械臂而已。因?yàn)樗c大多常見(jiàn)的、傳統(tǒng)意義上的機(jī)器人(如AlphaGo)一樣，擁有智能的“中樞系統(tǒng)”和實(shí)現(xiàn)操作的設(shè)備，所以被我們形象地稱為“焊接機(jī)器人”。
依照ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)的相關(guān)定義，焊接機(jī)器人其實(shí)是工業(yè)用機(jī)器人的一個(gè)分支。工業(yè)機(jī)器人是一類用途非常廣泛、可以反復(fù)編寫程序的自動(dòng)操控操作機(jī)械設(shè)備，通常情況下具有3個(gè)及以上的可編程的軸結(jié)構(gòu)，這個(gè)多軸結(jié)構(gòu)就是我們常說(shuō)的“機(jī)械臂”?；诓煌挠猛?，在軸的末端通常是一個(gè)法蘭結(jié)構(gòu)(一個(gè)連接零件)，可連接各種末端執(zhí)行設(shè)備。因此，焊接機(jī)器人的機(jī)械臂末端就是我們常見(jiàn)的焊槍等具有焊接功能的部件。
一只機(jī)械臂的兩種焊接技能
當(dāng)我們還是稚嫩孩童時(shí)，總是對(duì)絢爛的光芒充滿好奇，所以電焊工身旁常有小孩駐足，也常有大人們告誡“不能肉眼觀看”“對(duì)視力有影響”云云?；叵胄r(shí)候所見(jiàn)的電焊工們，他們常常蹲在地上，對(duì)著鋼材左瞄右看，確定好位置后再拿起護(hù)具小心翼翼地焊接。
焊接機(jī)器人對(duì)焊槍等焊接設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，還利用技術(shù)解決了瞄準(zhǔn)焊接點(diǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)焊接機(jī)器人在自動(dòng)捕捉焊接工件位置，以及工件焊縫的跟蹤技術(shù)上的探索，是研究人員有效提升焊接工作質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。因?yàn)樵趯?shí)際工作中，加工、裝配過(guò)程中各種長(zhǎng)期的誤差累計(jì)，焊接操作過(guò)程中溫度分布不均、焊接工件的形變等等都可能導(dǎo)致焊接出現(xiàn)偏離，最終影響工件的品質(zhì)。
焊接機(jī)器人所掌握的焊接技能分為兩類——點(diǎn)焊和弧焊。點(diǎn)焊就好比在一畝田地上插秧，每次只插一棵秧苗，至于在每?jī)煽醚砻缰g移動(dòng)，是徑直走過(guò)去還是在田地間翩翩起舞都無(wú)關(guān)緊要，重要的只是每次插秧的方位精確即可；弧焊則如同寫毛筆字一般，筆走龍蛇之下要求的是每一筆的順暢以及筆畫的精確，一筆一畫都要和描紅一致，才能有入木三分的質(zhì)感。
從以上的闡釋我們不難看出，點(diǎn)焊的要求遠(yuǎn)低于弧焊，所以早年的焊接機(jī)器人大多只能完成點(diǎn)焊的工作，即使是需要連貫的“筆畫”也是多次點(diǎn)焊的結(jié)果。現(xiàn)階段，隨著焊接機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，焊點(diǎn)數(shù)量繁多且空間分布錯(cuò)雜，對(duì)于焊接的要求大多提升至弧焊。因此，需要對(duì)焊接路徑進(jìn)行合理規(guī)劃才能提高焊接效率，這大多仰仗于數(shù)學(xué)建模分析提煉出的算法支持。其中一種比較有意思的算法來(lái)源于仿生學(xué)——自然界中螞蟻依靠對(duì)食物、同伴間氣息的感知能力，可以尋找到最優(yōu)覓食路徑，通過(guò)模擬這種能力、提煉出一種群智能優(yōu)化算法，可以達(dá)到焊接機(jī)器人關(guān)節(jié)空間最優(yōu)路徑規(guī)劃的目的。
焊接機(jī)器人出沒(méi)，請(qǐng)注意!
目前，焊接機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)以及水下建造工程。我們耳熟能詳?shù)呢S田、福特生產(chǎn)線都有它們的身影，港珠澳大橋的建設(shè)也有它們的幫忙。
焊接機(jī)器人既能有效地減少人工誤差、保證工件品質(zhì)，又解放了大量的生產(chǎn)力，避免了枯燥乏味的工作。更重要的是，在各種極端條件下的焊接工作將極大程度地輔助其他領(lǐng)域的有效開展。
隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的共同發(fā)展，焊接技術(shù)的使用領(lǐng)域正在向海洋、高溫高壓、極寒等極限環(huán)境延伸。為了確保工作人員的安全以及焊接工作的順利進(jìn)行，提升遠(yuǎn)距離遙控焊接、編程規(guī)劃焊接路線等技術(shù)是發(fā)展的必然趨勢(shì)。