焊接技术作为机械制造中重要的加工过程之一，广泛应用于航空航天、轨道交通、石油化工、海洋工程、能源工程等工业领域。机械化和自动化焊接能显著提高大批量产品加工的效率，但手工焊接因其灵活性和可达性高仍将继续发挥其作用，然而焊接质量取决于焊工经验和现场的技能发挥，熟练焊工的短缺使该问题更显突出，并且，焊工素质的提高需要长时间的培训和实践方能逐步完善。因此，手工焊接的脱技能化，将为一个长期面临的课题。　　智能化制造成为现代新型机械制造业的研究热点，本课题提出机人协作智能化手工焊接的概念，旨在使用机器决策系统来确定如何调整焊接参数，通过“机-人接口”将指令传送给焊工来执行，消除/降低对技能发挥的依赖性，实现机器帮助焊工的脱技能化。　　围绕机人协作焊接系统为主要研究内容展开研究。首先是辨识焊工对控制信号的反应的本质模型。从手工非熔化极气体保护焊（GTAW）焊接入手，在深入分析GTAW焊接熔透控制的关键因素的基础上，得到了焊接电流和焊接速度两个主要控制变量，搭建了基于视觉信号作为机人接口的焊接速度控制系统，焊工根据视觉指令调整焊接速度。通过Leap运动传感器实时监测焊枪运动参数，用来辨识焊工焊速调节的反应规律，建立视觉指令信号与焊工反应的自回归滑动平均模型（ARMA）。基于极点配置理论设计智能控制器，采用低通滤波消除了焊工操作的自然抖动，通过虚拟焊接环境下的焊速控制试验验证方案的可行性。　　然后，搭建真实焊接环境下的机人协作焊接系统，并对焊工的反应进行测试与建模。为满足真实焊接环境，设计了附有两个微型振动电机的新型焊帽，将机人接口由视觉信号升级为振动电机产生的声音和振动信号，作为听觉指令指导焊工调节其速度。采用Leap运动传感器监测焊枪运动，获取焊工接收到听觉指令的反应数据。分别利用ARMA模型和自适应神经元模糊推理模型（ANFIS）辨识焊工反应规律，通过比较两模型的平均误差和均方根差（RMSE）表明，非线性的ANFIS模型能够更好的描述听觉指令信号与焊工反应的关系。　　随后，设计机人协作焊接控制系统。基于焊工反应ANFIS模型，首先采用广泛应用于工业生产的PID控制器，控制焊工手臂运动实现理想焊速，并通过焊速跟踪试验验证了系统的控制精度。然后提出区间模型控制算法，实现机人协调焊速控制，通过仿真结果和焊速控制试验，显示了区间模型控制的优越性，并基于手工GTAW开展了304不锈钢管的全熔透焊接试验。　　最后，实现焊速控制和电流补偿的全熔透焊接。为了更好的控制焊接质量，弥补焊工经验不足，学习熟练焊工在不同焊接电流下，根据熔池信息来判断相应焊接速度的经验，得出本管道焊接试验中焊接速度和焊接电流的函数关系，并将其赋予智能控制器来弥补焊工反应的不确定性，通过机人接口听觉指令控制焊工焊接速度，同时通过电压信号控制焊接电源实现电流补偿，最终实现手工GTAW全熔透焊接。　　本课题提出的机人协调控制焊接系统，为解决焊工短缺问题，实现手工焊接的脱技能化，提供了新的思路，为开发下一代机人协调智能焊接系统奠定了基础。