CN111151867A - 一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法 - Google Patents

一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法，包括以下步骤：安装设备及焊件；设置机器人焊接速度；启动人机交互软件，建立与液压泵站之间的通讯；点动机器人使主轴靠近焊件；开启主轴转动并设置转速；点动机器人使主轴与焊件接触，并通过液压泵站设置主轴压力；通过示教法获得焊接轨迹，并写为运动程序；运行焊接运动程序，机器人焊接，并将焊接过程参数上传机器人控制***；焊接完成，关闭主轴，将机器人移至零位；保存焊接参数。本发明中机器人刚度高，承载能力强，可适用于厚板焊接。力控部分由液压***控制，自适应能力强，调节迅速，智能化水平高。机器人灵活程度高，焊接效果好。

Description

一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法
技术领域
本发明涉及机器人搅拌摩擦焊接加工方法，尤其涉及一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法。
背景技术
传统的焊接方式在加工具有复杂表面的大型零件时十分困难，而搅拌摩擦焊技术的优势由此显现出来。搅拌摩擦焊模型由轴肩、搅拌头、工件组成。加工时搅拌头压紧焊件表面，同时高速旋转。由此产生了大量的热量使得工件表面材料局部溶化。随着搅拌头以一定的焊接速度向前移动，部分材料流向搅拌头后部形成较为致密的焊缝，达到了焊接的效果。
搅拌摩擦焊工艺中需要的轴向力较大，因此要求焊接设备具有较高的承载能力和刚度。机器人行业中传统的串联机器人刚度较差，承载能力也偏低，因此作为焊接设备会产生较大的结构变形，严重影响了焊接效果。
专利CN204308404U公开的“机器人搅拌摩擦焊接装置”，只提到采用并联或串联形式的机器人本体，未指明机器人具体款型。如串联机器人刚度较差，承载能力通常不够，因此在加工过程中易产生较大的变形从而影响焊接效果。而传统的并联机器人工作空间小，因此缺乏灵活性。
专利CN104607795A公开的“机器人搅拌摩擦焊接***及其力位并环混合控制方法”，采用了视觉传感器、力传感器等一系列传感器。视觉传感器价格昂贵且数据传输存在延时，不利于保证焊接***的实时性。力传感器将机器人末端接触力反馈给机器人，机器人根据数据进行一定的算法从而实现力的控制，但这种控制方式延时现象较为严重，不能保证实时在当前点进行力补偿。
专利CN109365992A公开的“一种机器人搅拌摩擦焊压力控制方法”通过PID算法和CMAC(Cerebellar model Articulation Controller，小脑模型神经网络)函数结合计算实际压力，从而实现对机器人末端力的控制。实施起来仍受传感器测量精度、机器人运动控制精度限制，且算法较为复杂，因此补偿速度和精度仍难于保证。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种易操作、精度高、实时性能好、通用性能强的五自由度混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法。
本发明的具体技术方案如下：
本发明的一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法，包括以下步骤：
步骤一、安装设备以及焊件：
将五自由度混联机器人吊装安装在机器人支撑装置上,在所述的五自由度混联机器人的末端法兰盘上固定液压主轴头，所述的液压主轴头通过液压油管与液压泵站的油口连接；液压泵站的PLC通过以太网线与机器人控制***的上位机连接，将焊件安装在工作台上；
步骤二、通过机器人控制***设置五自由度混联机器人的焊接速度；
步骤三、在机器人控制***的上位机上运行人机交互软件程序，启动人机界面，建立机器人控制***的上位机与液压泵站的PLC之间的TCP通讯；
步骤四、通过机器人控制***点动五自由度混联机器人使液压主轴头靠近焊件，通过液压泵站的PLC设置液压主轴头的转速，启动液压主轴头转动；
步骤五、通过机器人控制***点动五自由度混联机器人直至液压主轴头与焊件接触，通过液压泵站的PLC设置液压主轴头进油口压力值；
步骤六、通过示教法获得五自由度混联机器人焊接运动轨迹，并在机器人控制***中写为焊接轨迹运动程序；
步骤七、在机器人控制***运行预先示教的焊接轨迹运动程序，五自由度混联机器人运动进行焊接；焊接期间液压泵站的PLC将焊接过程参数实时传至机器人控制***的上位机，显示到人机交互界面上；
步骤八、五自由度混联机器人按照预定轨迹完成焊接后，停止液压主轴头转动，关闭液压泵站电机，然后通过机器人控制***点动控制五自由度混联机器人移动到距离焊件较远的机器人零位；
步骤九、五自由度混联机器人停止运动，同时将焊接过程参数生成Excel表格保存于机器人控制***中。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明中的机器人采用的是混联机器人，其承载能力、刚度均强于串联机器人，因此在搅拌摩擦焊加工环境中变形微小，从而提高了焊接轨迹的准确性，保证了焊接效果。混联机器人运动空间较大，灵活程度高，因此适合用于焊接具有复杂表面的大型焊件。
本发明将机器人运动与压力控制解耦处理，压力大小完全由液压***控制。当末端压力过小时液压主轴头会迅速补偿到设定的目标压力，不受机器人变形、示教点法不准确性等外部干扰的影响而产生误差，因此鲁棒性较强、抗干扰能力强、力控精度高。
本发明中采用的混联机器人采用吊装方式，避免了传统焊接设备的悬臂式安装，减小了设备变形造成的误差。采用吊装，机器人重力方向向下，减弱了重力在机器人加工时的副作用。
本发明通过机器人按照示教轨迹运动实现搅拌头与焊接工件接触，通过控制机器人运动速度即可控制焊接速度。通过液压泵站设定主轴转速即可控制搅拌头旋转速度，通过设定液压***中的油缸进油口压力值即可控制液压主轴所提供的焊接力大小。
附图说明
图1是本发明的混联机器人搅拌摩擦焊***及其压力控制方法的硬件连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明进行详细描述。
本发明方法即通过对混联机器人编程实现搅拌摩擦焊接的压力控制。
如图1所示的本发明的一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法，包括以下步骤：
步骤一、安装设备以及焊件：
如图1所示，将五自由度混联机器人3(五自由度混联机器人3采用现有的机器人即可：如可以采用天津大学的TriMule800五自由度混联机器人***)吊装安装在机器人支撑装置2上,在所述的五自由度混联机器人3的末端法兰盘上固定液压主轴头4，所述的液压主轴头4通过液压油管与液压泵站5(液压泵站5采用现有的设备即可，如可以采用康晨伟业(天津)机械设备有限公司制造的液压泵站)的油口连接；液压泵站5的PLC通过以太网线8与机器人控制***1的上位机连接。将焊件6安装在工作台7上。本发明采用的五自由度混联机器人3刚度高、承载能力强，可以适用于上述的搅拌摩擦焊加工环境。
步骤二、通过机器人控制***1设置五自由度混联机器人3的焊接速度。
步骤三、在机器人控制***1的上位机上运行人机交互软件程序(采用现有的QT软件即可)，启动人机界面，建立机器人控制***1的上位机与液压泵站5的PLC之间的TCP通讯。
步骤四、通过机器人控制***1点动五自由度混联机器人3使液压主轴头4靠近焊件6(通常距离10毫米到20毫米即可)，通过液压泵站5的PLC设置液压主轴头4的转速，启动液压主轴头4转动。
步骤五、通过机器人控制***1点动五自由度混联机器人3直至液压主轴头4与焊件6接触，通过液压泵站5的PLC设置液压主轴头4进油口压力值。
步骤六、通过示教法获得五自由度混联机器人3焊接运动轨迹，并在机器人控制***1中写为焊接轨迹运动程序。
步骤七、在机器人控制***1运行预先示教的焊接轨迹运动程序，五自由度混联机器人3运动进行焊接。焊接期间液压泵站5的PLC将焊接过程参数(包括液压主轴头4的转速、焊接压力等)实时传至机器人控制***1的上位机，显示到人机交互界面上。
步骤八、五自由度混联机器人3按照预定轨迹完成焊接后，停止液压主轴头4转动，关闭液压泵站5电机，然后通过机器人控制***1点动控制五自由度混联机器人3移动到距离焊件较远的机器人零位。
步骤九、五自由度混联机器人3停止运动，同时将焊接过程参数(液压主轴头4的转速、焊接压力等数据)生成Excel表格保存于机器人控制***1中。

Claims (1)

1.一种混联机器人搅拌摩擦焊***的压力控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、安装设备以及焊件：
将五自由度混联机器人吊装安装在机器人支撑装置上,在所述的五自由度混联机器人的末端法兰盘上固定液压主轴头，所述的液压主轴头通过液压油管与液压泵站的油口连接；液压泵站的PLC通过以太网线与机器人控制***的上位机连接，将焊件安装在工作台上；
步骤二、通过机器人控制***设置五自由度混联机器人的焊接速度；
步骤三、在机器人控制***的上位机上运行人机交互软件程序，启动人机界面，建立机器人控制***的上位机与液压泵站的PLC之间的TCP通讯；
步骤四、通过机器人控制***点动五自由度混联机器人使液压主轴头靠近焊件，通过液压泵站的PLC设置液压主轴头的转速，启动液压主轴头转动；
步骤五、通过机器人控制***点动五自由度混联机器人直至液压主轴头与焊件接触，通过液压泵站的PLC设置液压主轴头进油口压力值；
步骤六、通过示教法获得五自由度混联机器人焊接运动轨迹，并在机器人控制***中写为焊接轨迹运动程序；
步骤七、在机器人控制***运行预先示教的焊接轨迹运动程序，五自由度混联机器人运动进行焊接；焊接期间液压泵站的PLC将焊接过程参数实时传至机器人控制***的上位机，显示到人机交互界面上；
步骤八、五自由度混联机器人按照预定轨迹完成焊接后，停止液压主轴头转动，关闭液压泵站电机，然后通过机器人控制***点动控制五自由度混联机器人移动到距离焊件较远的机器人零位；
步骤九、五自由度混联机器人停止运动，同时将焊接过程参数生成Excel表格保存于机器人控制***中。
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