近日，在北京市石景山區供水管網完善一期工程施工現場，北京市自來水集團首次在供水管道施工作業中應用“焊接機器人”。這項技術由市自來水集團禹通公司與北京石油化工學院共同研發，工作效率較傳統焊接工藝提高了3倍，一次焊接合格率近100%。你知道機器人是怎樣完成焊接工作的嗎？

焊接機器人在作業。劉紅敏攝

焊接機器人，顧名思義即完成焊接工作的機器人，任務主要包含切割工序和噴塗工序等。事實上，它並非一個完整的“機器人”，既沒有鼻子、眼睛和腦袋，也沒有雙腿和軀幹，只有一個機械臂而已。因為它與大多常見的、傳統意義上的機器人（如AlphaGo）一樣，擁有智慧的“中樞系統”和實現操作的裝置，所以被我們形象地稱為“焊接機器人”。

依照ISO（國際標準化組織）的相關定義，焊接機器人其實是工業用機器人的一個分支。工業機器人是一類用途非常廣泛、可以反覆編寫程式的自動操控操作機械裝置，通常情況下具有3個及以上的可程式設計的軸結構，這個多軸結構就是我們常說的“機械臂”。基於不同的用途，在軸的末端通常是一個法蘭結構（一個連線零件），可連線各種末端執行裝置。因此，焊接機器人的機械臂末端就是我們常見的焊槍等具有焊接功能的部件。

一隻機械臂的兩種焊接技能

當我們還是稚嫩孩童時，總是對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”“對視力有影響”云云。回想小時候所見的電焊工們，他們常常蹲在地上，對著鋼材左瞄右看，確定好位置後再拿起護具小心翼翼地焊接。

焊接機器人對焊槍等焊接裝置進行了最佳化，還利用技術解決了瞄準焊接點的關鍵問題。對焊接機器人在自動捕捉焊接工件位置，以及工件焊縫的跟蹤技術上的探索，是研究人員有效提升焊接工作質量的重要環節。因為在實際工作中，加工、裝配過程中各種長期的誤差累計，焊接操作過程中溫度分佈不均、焊接工件的形變等等都可能導致焊接出現偏離，最終影響工件的品質。

焊接機器人所掌握的焊接技能分為兩類——點焊和弧焊。點焊就好比在一畝田地上插秧，每次只插一棵秧苗，至於在每兩棵秧苗之間移動，是徑直走過去還是在田地間翩翩起舞都無關緊要，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感。

從以上的闡釋我們不難看出，點焊的要求遠低於弧焊，所以早年的焊接機器人大多隻能完成點焊的工作，即使是需要連貫的“筆畫”也是多次點焊的結果。現階段，隨著焊接機器人的廣泛應用，焊點數量繁多且空間分佈錯雜，對於焊接的要求大多提升至弧焊。因此，需要對焊接路徑進行合理規劃才能提高焊接效率，這大多仰仗於數學建模分析提煉出的演算法支援。其中一種比較有意思的演算法來源於仿生學——自然界中螞蟻依靠對食物、同伴間氣息的感知能力，可以尋找到最優覓食路徑，透過模擬這種能力、提煉出一種群智慧最佳化演算法，可以達到焊接機器人關節空間最優路徑規劃的目的。

焊接機器人出沒，請注意!

目前，焊接機器人已經廣泛應用於汽車製造業以及水下建造工程。我們耳熟能詳的豐田、福特生產線都有它們的身影，港珠澳大橋的建設也有它們的幫忙。

焊接機器人既能有效地減少人工誤差、保證工件品質，又解放了大量的生產力，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域的有效開展。

隨著經濟和科學技術的共同發展，焊接技術的使用領域正在向海洋、高溫高壓、極寒等極限環境延伸。為了確保工作人員的安全以及焊接工作的順利進行，提升遠距離遙控焊接、程式設計規劃焊接路線等技術是發展的必然趨勢。（劉怡戀）

專家：燕山大學機械工程學院教授曹秒豔