无示教模式三维焊缝信息提取焊接机器人的研究和发展

焊接机器人技术是多个学科的融合，包含机械设计、计算机理论、控制技术、传感理论、机器学习以及人工智能等方面。自从1959年美国研制了世界上第一台工业机器人UNIMATE，机器人技术发展迅速，并大致经历了三个重要的发展阶段:
第一代机器人为“示教再现”型。机器人工作前，需要对机器人进行人工示教。在人工示教的过程中，机器人记录下运动的轨迹。工作时，机器人重复行走该运动轨迹。这类机器人智能化程度不高，对外界的工作环境缺乏感知。第二代机器人具备了感知外界环境的能力，在机器人上加装传感器，能够采集图像、声音以及其他的信号，获得更多外界环境的信息，适应性更强。目前，在工业、医疗、家庭、娱乐等行业，前两代机器人己经得到广泛应用。第三代机器人具有更高的智能化程度，除了对外界工作环境进行感知外，还具有部分人类只能，比如语言处理、学习、分析问题和思考，做出适当的决策，还能够自我诊断和自我修复，从而完成更复杂的任务。
国外很早就对工业机器人进行研究，机器人设计和控制技术也较为成熟。在美国、德国、日本、新加坡等国家，工业机器人的使用数量位居世界前列。目前，世界知名的机器人生产厂家主要集中在欧洲旧本和美国，如日本的Fanuc、
Motoman、Yskawa、Panasonic、 Kawasaki等，欧洲的ABB，Kuka和Comau美国的American Robot、 Adept Technoloy、Baxter等公司。上述品牌机器人在各行各业都有应用，如焊接、搬运、喷涂、飞机制造、船舶制造、药品生产线、电子元器件生产加工等方面，如图1-1所示。

我国工业机器人的发展起步较晚，经过几十年的投入，涌现了诸如沈阳新松，广州数控等一大批优秀的机器人企业，在机器人设计、制造和控制等方面，逐渐走向成熟并应用在各领域。我国最著名的沈阳新松机器人公司于2000年正式成立，隶属于中国科学院，是国内机器人产业的领导企业。以机器人技术为核心并且拥有自主知识产权和核心技术，其设计制造的工业机器人填补多项国内外空白，并在各行各业得到批量的应用。 由于焊接的特殊性质，焊接中会产生大量弧光、粉尘、辐射，有一定的危险性，劳动强度高，对工人的健康产生很大影响〔州。在这些实际生产中应用的机器人，有一半用于焊接加工中，在焊接领域发挥了重要的作用。
采用焊接机器人大大节省了人力物力，保障了工人的人身安全。此外，焊接机器人还有很多优点，重复定位精度高，提高了产品的质量。其手臂动作敏捷，极大地提高了生产效率。焊接机器人的使用，极大地提升了企业的竞争力，促进了工业的发展，带来了诸多的经济效益。
目前生产线上的机器人执行命令主要采用示教法。示教法需要工作人员预先操作机器人行走一遍路径轨迹，选取尽量多的点进行示教，使机器人记录下这些点。工作时，机器人重复行走该运动轨迹。这种方法应用于小批量、产品多样化的工业生产中，尤为麻烦。且在恶劣、复杂的工作环境中，进行示教是很困难的。对于示教法获得的路径，还需要在实际生产前进行实验检验，在无形中增加了成本。
焊接机器人随着焊接技术在中小批量的工业生产中应用越来越广泛，以ABB公司为例，它开发了离线编程系统Robotstudio，用来对机器人进行建模、离线编程、轨迹规划等。可以在不操作机器人的情况下对机器人进行焊接路径规划，对复杂的工件和工作环境适用性较好，还可以在离线编程软件中进行仿真，检验离线路径规划结果，提高了生产效率，降低了生产成本，保证了工人的安全。