大型结构件多机器人焊接协调及智能化技术概况

机器人焊接。图1为多机器人协作焊接系统试验平台。

另外，文献[16]研究了3机器人协调系统搬运/操作大型物体到期望的位置/姿态过程中的轨迹规划和控制策略问题。采用“Master-and-Two-slave Robot”的操作模式实现对工件的协调搬运。

在机器人弧焊领域，从简化运算量的角度出发，提出了基于位置的弧焊机器人与变位机的协调运动控制算法。一种基于用户坐标系的双机器人焊接系统[17-18]，分别在工件上建立用户坐标系，在用户坐标系进行位姿转换，此模型不需要机器人本身运动模型即可实现双机器人的协调运动。

多机器人智能化焊接

在工业应用中，多机器人协调系统多采用集中式控制，由一个中央控制单元对整个系统进行规划和决策。单个机器人只拥有很少的自主性或无自主性。每个机器人收集到的数据都发送给控制中心，然后由控制中心为所有的机器人制订动作。由于所有机器人的运动都由控制中心来控制，所以多机器人的协调与冲突问题比较容易解决。

现代化焊接工厂已向数字化、信息化、自动化、集成化、柔性化和智能化方法发展，尤其在航空航天大型空间曲线结构件，焊接变形影响，焊缝轨迹复杂，需要多个机器人、变位机共同作业，必须需要外部的传感系统，以及机器人仿真系统、焊接变形模拟系统等辅助下，才能实现大型构件的机器人智能化焊接。

谭民等[19]介绍了一个用于环缝焊接的多机器人平台，它由12台机器人承托船体，由一台焊接操作机来实施焊接。采用一台主控工业计算机（IPC）作为上层控制单元，负责船体模块的姿态控制、逆运动学、机器人轨迹规划、输入设定及系统状态的显示等工作。王宗伟等[20]介绍了双弧焊机器人在摩托车车架附件组焊中的应用情况，采用主从协调控制完成焊接作业，主机器人控制器接收来自主机器人、从机器人、夹具、滑台和工件的信号，协调它们之间的动作。

多智能体系统（MAS）就是研究在一定的网络环境，各个分散的、相对独立的智能子系统之间通过合作，共同完成一个或多个控制作业任务的技术。MAS适合于对于多机器人的协调问题，目前对于这一系统的研究比较多。

马国红等[21]利用Petri 网理论对多台机器人焊接系统进行了建模，根据系统的特点设计了基于局域网络通信的软件控制系统，实现系统的全局调度,通过试验实现系统各个机器人协调动作，未发生动作干涉。

邱涛[22]采用基于Petri网模型的离散控制与计算机程序实现的接口方法，将WAPN的token调度控制特性融入到焊接柔性加工单元传感控制信息与状态信息的流向控制算法中，建立了较为完善的焊接柔性加工单元中央监控软件平台的信息处理机制与实现方法。

上海交通大学设计了一个焊接柔性制造单元多智能体系统WFMC[23]，此系统由3台工业机器人，两个焊接过程监控传感器以及焊接电源组成，所有硬件资源均通过以太网和TCP/IP协议进行连接。设计者把这个系统分为了系统管理智能体、焊接机器人智能体、搬运机器人智能体、传感器智能体、焊接电源智能体几个功能模块，并实现了各模块点对点的通信，各个功能模块通过合作实现了3个机器人协调完成指定任务。

合肥工业大学开发的一种双机协调机器人弧焊的控制系统[24]，该系统运用多智能体Multiagent系统理论思想，把整个系统划分为机器人作业模块、焊接控制模块、变位机伺服控制模块、状态监控模块、本地操作模块、网络与接口模块，实现了双机器人协调焊接。

王慧等[25]以基于TCP/IP协议的以太网作为多机器人系统的通信网络结构，采用C/S的方式实现了多机器人之间的通信。

在多机器人协调控制策略的研究上，“集中”控制成本低、实现容易，是企业比较容易接受的控制方案，但是这种系统只能适应于小规划的多机器人系统。智能体控制理论使机器人单体更具有独立性，系统各部分能够通过通信网络解决相互协调的问题，鲁棒性强，但智能化控制系统复杂，实现起来相对困难。

结论及展望

对大型结构件实现机器人自动化焊接，尤其针对航空航天复杂结构件，对人的依赖性高。如果机器人具有人的感官和智能学习等能力，也就是具有智能化技术。只有机器人具有智能化制造技术才能保证大型复杂结构件的焊接质量稳定性。

应该大力发展多机器人协作、智能化传感技术、智能化控制技术和数字化信息化技术，为航空航天复杂结构件实现机器人智能制造提供有力支撑。(end)