本书紧跟智能焊接技术的发展，在介绍焊接基本理论、机器人技术基本知识的基础上，深入阐明了人工智能在焊接工艺各个环节中具体应用的各项理论知识与实践细节。具体内容包括：机器人焊接工艺基础及其在智能制造中的应用，人工智能及其在机器人焊接中的应用（涵盖机器人的感知系统、运动系统与通信系统），焊接机器人系统的组成及编程案例，基于深度学习的人工智能在焊接接头缺陷检测中的应用案例，基于路径规划及控制的焊缝检测机器人系统以及结合深度学习技术的缺陷检测等。 本书不仅适合学术研究与教学使用，也可以为工业界从业人员了解前沿技术、提升焊接质量与效率提供重要参考。

第1章人工智能和机器人001 1.1人工智能的自然表达002 1.1.1人工智能的研究目标、被期望的能力范围003 1.1.2人类智能与人工智能004 1.1.3人工智能的研究方法012 1.1.4人工智能与通用技术的融合与挑战013 1.2人工智能的应用领域016 1.3人工智能在机器人焊接中的应用探索021 1.4工业机器人029 1.4.1工业机器人的分类029 1.4.2工业机器人的组成与技术参数035 1.4.3工业机器人的感知系统038 1.4.4工业机器人的运动系统040 1.4.5工业机器人的通信系统041 1.4.6机器人自主导航与路径规划044 1.4.7机器人的末端执行器047 第2章机器人焊接基础、焊接缺陷与面临的挑战055 2.1焊接方法055 2.2焊接系统057 2.2.1焊接电源057 2.2.2送丝机和配件058 2.2.3保护气体调节058 2.2.4焊枪058 2.3焊接材料059 2.3.1编号标准059 2.3.2碳钢实心焊丝选择原则060 2.4焊接工艺与原理061 2.4.1熔滴过渡063 2.4.2保护气体072 2.4.3焊接工艺075 2.5焊接的问题和挑战：缺陷分析与故障处理082 2.5.1焊接缺陷082 2.5.2故障处理086 第3章焊接机器人系统088 3.1焊接机器人系统的基本组成与要求090 3.1.1机器人090 3.1.2焊接电源094 3.1.3送丝系统098 3.1.4焊枪099 3.1.5焊接工装101 3.1.6模块化焊枪清洁系统103 3.1.7感应钎焊加热电源及其在硬质合金焊接头中的应用与智能化瓶颈105 3.2机器人变位机112 3.2.1焊接变位机的分类112 3.2.2焊接变位机实例113 3.3机器人焊接程序及编程原理114 3.3.1单独的位置编程115 3.3.2偏移量位置编程116 3.3.3更改输出信号值117 3.3.4等待操作117 3.3.5程序流程控制117 3.3.6为数据赋值118 第4章机器人焊接工艺、案例与编程方法119 4.1基于施焊位置的焊接工艺119 4.2机器人焊接的编程方法120 4.2.1示教编程121 4.2.2离线编程121 4.2.3演示编程122 4.2.4视觉引导编程122 4.2.5工艺参数自适应编程122 4.2.6协作编程122 4.2.7基于数字孪生的编程122 4.3对接焊缝123 4.3.1对接焊缝焊接工艺规程123 4.3.2机器人惰性气体保护焊焊接工艺与编程分析124 4.3.3设备选择124 4.3.4示教编程125 4.4角接焊缝126 4.4.1角接焊缝焊接工艺规程126 4.4.2机器人CO2气体保护焊焊接工艺与编程分析127 4.4.3设备选择128 4.4.4机器人编程示教编程128 4.5垂直管板对接131 4.5.1垂直管板对接焊接工艺规程131 4.5.2机器人混合气体保护焊焊接工艺与编程分析132 4.5.3设备选择133 4.5.4机器人编程示教编程133 4.6焊接机器人编程方式的展望137 4.6.1脑控焊接机器人137 4.6.2协作焊接机器人137 第5章机器视觉、深度感知、焊缝定位与跟踪系统139 5.1机器视觉、人工智能与焊接智能化140 5.2焊缝传感器140 5.2.1电弧电流传感器140 5.2.2电弧电压传感器141 5.2.3激光传感器141 5.2.4接触传感器141 5.2.5超声波传感器142 5.2.6电磁传感器142 5.2.7视觉传感器142 5.3机器视觉理论在焊接中的应用143 5.3.1基于机器视觉的焊缝成形144 5.3.2弧长控制144 5.3.3焊接温度场实时检测144 5.3.4焊缝定位与自动跟踪145 5.4基于计算机视觉的深度(形状)恢复145 5.4.1光度立体恢复形状145 5.4.2纹理恢复深度146 5.4.3明暗恢复形状147 5.4.4散焦恢复深度152 5.4.5同心拼图恢复深度152 5.4.6单目深度估计153 5.4.7双目视觉技术原理155 5.4.8多基线立体视觉155 5.5基于深度学习的3D重建算法157 5.5.1基于体素的3D重构158 5.5.2基于点云的3D重构159 5.5.3基于网格的深度感知算法161 5.6环形激光视觉传感器设计及传感器系统分析162 5.7基于环形激光视觉传感器的焊缝图像167 5.7.1图像采集及预处理167 5.7.2图像分割及焊接接头特征提取168 5.8基于环形激光视觉传感器的焊缝定位与跟踪模型169 5.8.1三维计算模型中的角度定义170 5.8.2基于三角测量原理的环形激光3D计算模型170 5.8.3基于“半径-深度关系”和空间投影的3D计算模型174 5.8.4焊缝跟踪模型176 5.8.5基于环形激光视觉传感器机器人焊缝跟踪系统软件180 5.8.6焊缝跟踪试验181 第6章基于路径规划及控制的自主检测焊缝的机器人183 6.1焊缝检测的背景和意义184 6.2焊缝检测机器人185 6.3焊缝检测机器人的结构和控制架构设计187 6.3.1焊缝检测场景与需求分析187 6.3.2焊缝检测机器人的结构设计187 6.3.3焊缝检测机器人的驱动机构设计187 6.3.4焊缝检测机器人的控制架构设计189 6.4基于机器人的全局路径改进规控算法研究192 6.4.1机器人的全局路径算法分析192 6.4.2传统A*算法的算法原理193 6.4.3A*算法的评价函数193 6.4.4A*算法的步骤193 6.4.5焊缝检测机器人应用场景优化A*算法194 6.4.6基于模型预测的路径跟踪控制算法197 6.4.7机器人的全局路径算法分析199 6.5基于复杂环境改进局部路径算法202 6.5.1机器人的全局路径算法分析202 6.5.2时间弹性带（TEB）算法模型构建202 6.5.3基于复杂环境的改进TEB算法204 6.5.4改进TEB算法前后对比实验205 6.6基于路径规划与控制算法的检测焊缝系统实验207 6.6.1R-CNN系列算法分析208 6.6.2YOLO系列算法分析209 6.6.3焊缝检测模型选择209 6.6.4基于YOLOv5的焊缝检测210 6.6.5基于深度学习的焊缝检测模型214 6.7基于路径规划与控制算法的焊缝检测系统实验218 6.7.1实验平台与自主焊缝检测系统218 6.7.2路径规划与控制算法实验219 6.7.3焊缝检测机器人的避障实验221 6.7.4焊缝检测机器人的综合实验222 第7章基于深度学习实时钢铁表面缺陷、焊接缺陷检测算法223 7.1研究背景224 7.2轻量级目标检测算法及其评判准则226 7.2.1卷积神经网络的基本结构226 7.2.2目标检测网络的基本结构231 7.2.3目标检测任务中的评判准则233 7.3焊接缺陷数据集的构建与处理235 7.3.1焊缝视觉采集平台235 7.3.2缺陷定义与分析237 7.3.3焊接缺陷数据集预处理237 7.3.4数据集构建242 7.3.5焊缝质量反馈系统246 7.4轻量级缺陷检测关键算法研究247 7.4.1轻量级模型设计247 7.4.2损失函数253 7.4.3模型训练256 7.4.4缺陷检测模型消融实验258 7.5缺陷检测模型在不同数据集上的实验261 7.5.1钢铁表面缺陷数据集对比实验261 7.5.2不同数据集下的焊缝缺陷检测实验262 7.5.3焊缝缺陷实时性检测实验269 7.5.4焊缝缺陷实验评估与分析272 第8章基于深度学习钢材表面缺陷检测算法274 8.1所提方法276 8.1.1双主干模型276 8.1.2动态融合机制277 8.1.3C2f-DWR模块特征提取增强279 8.1.4Detect_MultiSEAM280 8.1.5目标检测网络MBDNet-Attention-YOLO（MBY）280 8.2基于NEU-DET数据集的MBY模型验证282 8.2.1数据集的构建282 8.2.2参数设计283 8.2.3评价指标283 8.3消融实验284 8.4不同目标检测的对比实验285 第9章人工智能在其他领域中的应用场景288 9.1深度学习的智能驾驶场景中的模型288 9.1.1眼口状态与驾驶员疲劳的关系289 9.1.2驾驶员疲劳检测方法289 9.1.3驾驶员疲劳的实时检测速度290 9.1.4实验设计及架构290 9.1.5面部图像数据集的设计与图像采集294 9.1.6EMFastDet模型验证295 9.2大模型系统部署：从核心要素到工程实践301 9.2.1大模型的理论框架和经典模型302 9.2.2理解大模型系统部署的核心要素304 9.2.3Docker容器化部署优势、安装Docker与Docker Compose304 9.2.4案例实现:在GPU(4060 8G)上部署Ollama模型Gemma:2b并使用vLLM提供API服务306 9.2.5大模型在焊接学科的研究现状和潜在应用场景311 9.3基于ROS平台的移动机器人架构316 9.3.1ROS平台搭建317 9.3.2四轮差速机器人仿真模拟330 附录346 附录A学生焊接报告(PG-student Welding Report)346 附录B基于环形激光视觉传感器的机器人电弧焊软件代码实现347 附录C用于机器视觉和人工智能的图像样本347 参考文献348