一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法技术

本发明专利技术为一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法，其特征在于：其具体操作方法为：进行电弧跟踪、采集数据保存至循环数组、按照步骤2再次进行数据采集、进行偏差值计算、对数据和偏差值进行数据预处理、进行偏差值补偿PID控制模型，本专利旨在通过利用我司现有控制器的通用性，在其基础增加对焊接过程中采集的焊机电流进行处理，通过建立系统控制模型，并利用PID对其进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法
本专利技术属于自动化控制领域，特别是涉及一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法。
技术介绍
随着机器人技术的发展，焊接机器人已广泛应用于汽车、航天制造等领域。为了扩展焊接机器人在制造业的应用范围，不断提高应用层次，研究开发具有一定感知、判断决策功能的信息反馈智能型的焊接机器人或发展焊接机器人的智能化技术，将是焊接自动化的发展方向之一。自动焊接弧压跟踪机器人系统通过焊接时，焊枪的示教路径与实际焊缝中心位置可能存在偏差；根据焊接过程中焊机电流、电压的变化情况，可以推测出示教路径与实际焊缝中心位置之间的偏差值；进一步在焊接的过程中，对焊接路径进行修正，从而实现对焊缝中心位置的跟踪。目前市场主流的自动焊接弧压跟踪机器人系统大部分都是通过外接传感器及信号处理模块对焊机焊接过程中产生的电流进行采集和处理，比如ABBWeldGuideIV系统,库卡SeamArcTracking系统等，这类系统目前确实能实现自动对焊缝进行跟踪，但是由于传感器及其他硬件的引入导致该方案的成本很高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法，其特征在于：对焊接过程中采集的焊机电流进行处理，通过建立系统控制模型，并利用PID对跟踪机器人进行控制。一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法，其特征在于：其具体操作方法为：步骤一：进行电弧跟踪：对采集焊接过程中的电压、电流值进行采集，焊接时，焊丝末端与工件表面距离越近，焊接电流越大，焊接电压越小；焊丝末端与工件表面距离越远，焊接电流越小，焊接电压越大；焊接电压、电流可以由焊机提供，也可以借助专用的传感器进行采集。(1)高度方向电弧跟踪结合寻位功能(保证焊接起始点在焊缝中心)，将摆焊第一个周期产生的电流值作为基准，再根据跟踪过程中实际焊接电流的大小，调整焊枪高度，从而实现高度方向的跟踪。例如实际焊接电流小于基准电流，则说明焊枪远离工件表面，通过减小焊枪与工件的距离，即可对高度方向进行跟踪。进行横向电弧跟踪，焊枪沿V型坡口以正弦曲线摆动，摆幅方向为y方向。焊枪摆动的中心线为C，摆动的最左位置为L，最右位置为R；焊缝实际的中心线为M；焊枪摆动中心线为C与焊缝实际中心线M之间的距离e，即电弧跟踪算法所要求的y方向的偏差值。摆动的过程中，焊丝末端与工件表面的距离有规律的不断变化：如图2左图所示，焊枪摆动中心线C较焊缝实际中心线M偏向左侧焊枪摆动到最左处L时，焊枪与工件表面距离最小，焊接电流最大；当焊枪由最左处L摆动到焊缝实际中心线M时，焊枪与工件表面距离不断增大，因此电流不断减小；当焊枪由焊缝实际中心线M摆动最右处R时，焊枪与工件表面距离又小幅减小，因此电流相应增加。综合左图可知，理论上焊接电流值最小处即焊缝实际的中心位置。在一个周期内，电流波形呈现一个大波峰、一个小波峰。根据焊枪从最左处L摆动到最右处R时的电流变化情况，并以最小电流M处作为分界线，求取从L到M处的电流面积积分Sl与M到R处的电流面积积分SR的差值，即S＝Sl-SR，该面积积分差值S与偏距e为线性关系。再根据积分差值S的正负，即可确定偏距e的方向。步骤二：采集数据保存至循环数组；电弧跟踪需要采集焊接过程中的电压、电流值，本项目采用的焊机是麦格米特ArtsenPlus、PM-400A型号焊机，焊接过程中，采集焊机电压，发现其变化频率太低，大概在8Hz左右(120+ms电压数据才变化一次)，无法用作电弧跟踪；采集焊机电流，电流变化频率稍高为60Hz左右。因此采用电流数据进行电弧跟踪。采样电流中，不可避免的出现噪音等情况，需要对电流进行滤波处理。针对麦格米特焊机数据，采用均值滤波和低通滤波均可以得到较规律的电流波形。即所得到的电流周期与机器人摆焊的周期一致。此外采用计算电流面积积分差法，需要明确焊枪何时摆动到最左边和最右边，从而确定计算电流的起始位置和终止为止，对于采集的电流，由于采集速度、数据传输以及数据处理过程中的影响，采集过程中常常会导致焊机电流相位与机器人摆焊不同步，需要在算法中也加入了相位补偿的参数。步骤三：按照步骤2再次进行数据采集；步骤四：进行偏差值计算：(1)高度方向(z向)偏差值计算高度方向的偏差值，对比基准电流与当前实际焊接电流即可实现；在算法实现时，一般待起弧电流稳定后，将一段时间内的平均电流作为基准电流；(2)横向(摆焊y方向)偏差值计算根据同步标志，对滤波后的电流在1/4～3/4周期求取最小电流值Imin，并以Imin为分界，分别计算电流面积积分Sl与SR，最终得到半个周期内电流面积积分差值S＝Sl-SR，如图7所示；由于积分差值S与偏距e为线性关系，得到积分差值S后，乘以一个增益系数，该系数可通过实验得到，即可得到y方向的偏差值e；步骤五：对数据和偏差值进行数据预处理，电流值预处理范围——值范围：50～100，单位：％该参数对应aw.cfg中的arc_max_I，该参数的作用是滤除异常的电流值，用于数据预处理流程。算法中取第一个周期的平均电流作为基准，超出该基准值指定的范围后，将以对应范围的电流值代替；步骤六：进行偏差值补偿PID控制模型，当焊接未结束时，从步骤二重新进行，当焊接结束时，整体操作结束。电弧跟踪适用范围适用条件由于电弧跟踪是检测到规律变化的电流来工作的，因此适用范围有限：(1)高度方向电弧跟踪条件一：稳定变化的电流条件二：中厚板(薄板容易焊穿，引起电流突变)(2)横向电弧跟踪条件一：稳定变化的电流条件二：中厚板(薄板容易焊穿，引起电流突变)条件三：V型坡口、角焊条件四：摆焊(正弦摆动、Z型摆动、V型摆动)，摆焊频率(一般在1-2Hz左右，摆动幅度(3-5mm)条件五：板间根部间隙(小于2mm，也是防止电流突变)参数说明：算法流程中涉及到如下参数，需要用户根据实际焊接情况进行设置：a)横向补偿是否启用——值：true/false，该参数对应aw.cfg中的arc_y_valid说明：该参数设为true时，沿横向(摆焊y方向)补偿生效；该参数设为false时，沿横向补偿偏差值为0。b)高度方向补偿是否启用——值：true/false该参数对应aw.cfg中的arc_z_valid说明：该参数设为true时，沿高度(摆焊z方向)补偿生效，补偿值不为0；该参数设为false时，沿高度(摆焊z方向)补偿偏差值为0。c)电流值预处理范围——值范围：50～100，单位：％该参数对应aw.cfg中的arc_max_I说明：该参数的作用是滤除异常的电流值，用于数据预处理流程。算法中取第一个周期的平均电流作为基准，超出该基准值指定的范围后，将以对应范围的电流值代替。例如：第一个周期的平均电流值为100A，电流值预处理范围设为50％，当采集的焊机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法，其特征在于：其具体操作方法为：/n步骤一：进行电弧跟踪：对采集焊接过程中的电压、电流值进行采集，焊接时，焊丝末端与工件表面距离越近，焊接电流越大，焊接电压越小；焊丝末端与工件表面距离越远，焊接电流越小，焊接电压越大；/n进行高度方向电弧跟踪，结合寻位功能，将摆焊第一个周期产生的电流值作为基准，再根据跟踪过程中实际焊接电流的大小，调整焊枪高度，从而实现高度方向的跟踪；/n进行横向电弧跟踪，焊枪沿V型坡口以正弦曲线摆动，摆幅方向为y，焊枪摆动的中心线为C，摆动的最左位置为L，最右位置为R；焊缝实际的中心线为M；焊枪摆动中心线为C与焊缝实际中心线M之间的距离e，即电弧跟踪算法所要求的y方向的偏差值；摆动的过程中，焊丝末端与工件表面的距离有规律的不断变化：焊枪摆动中心线C较焊缝实际中心线M偏向左侧焊枪摆动到最左处L时，焊枪与工件表面距离最小，焊接电流最大；当焊枪由最左处L摆动到焊缝实际中心线M时，焊枪与工件表面距离不断增大，因此电流不断减小；当焊枪由焊缝实际中心线M摆动最右处R时，焊枪与工件表面距离又小幅减小，因此电流相应增加，焊接电流值最小处即焊缝实际的中心位置，在一个周期内，电流波形呈现一个大波峰、一个小波峰；根据焊枪从最左处L摆动到最右处R时的电流变化情况，并以最小电流M处作为分界线，求取从L到M处的电流面积积分Sl与M到R处的电流面积积分SR的差值，即S＝Sl-SR，该面积积分差值S与偏距e为线性关系。再根据积分差值S的正负，即可确定偏距e的方向；/n步骤二：采集数据保存至循环数组；电弧跟踪采集焊接过程中的电压、电流值，焊接过程中，采集焊机电压，发现其变化频率太低，大概在8Hz左右，无法用作电弧跟踪；采集焊机电流，电流变化频率稍高为60Hz左右，因此采用电流数据进行电弧跟踪；/n采样电流中，需要对电流进行滤波处理，针对麦格米特焊机数据，采用均值滤波和低通滤波均可以得到较规律的电流波形，即所得到的电流周期与机器人摆焊的周期一致，此外采用计算电流面积积分差法，需要明确焊枪何时摆动到最左边和最右边，从而确定计算电流的起始位置和终止为止，对于采集的电流，由于采集速度、数据传输以及数据处理过程中的影响，采集过程中常常会导致焊机电流相位与机器人摆焊不同步，需要在算法中也加入了相位补偿的参数；/n步骤三：按照步骤2再次进行数据采集；/n步骤四：进行偏差值计算：/n(1)高度方向(z向)偏差值/n计算高度方向的偏差值，对比基准电流与当前实际焊接电流即可实现；在算法实现时，一般待起弧电流稳定后，将一段时间内的平均电流作为基准电流；/n(2)横向(摆焊y方向)偏差值计算/n根据同步标志，对滤波后的电流在1/4～3/4周期求取最小电流值Imin，并以Imin为分界，分别计算电流面积积分Sl与SR，最终得到半个周期内电流面积积分差值S＝Sl-SR，如图7所示；由于积分差值S与偏距e为线性关系，得到积分差值S后，乘以一个增益系数，该系数可通过实验得到，即可得到y方向的偏差值e；/n步骤五：对数据和偏差值进行数据预处理，电流值预处理范围——值范围：50～100，单位：％该参数对应aw.cfg中的arc_max_I，该参数的作用是滤除异常的电流值，用于数据预处理流程。算法中取第一个周期的平均电流作为基准，超出该基准值指定的范围后，将以对应范围的电流值代替；/n步骤六：进行偏差值补偿PID控制模型，当焊接未结束时，从步骤二重新进行，当焊接结束时，整体操作结束。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新型自动焊接弧压跟踪机器人控制方法，其特征在于：其具体操作方法为：
步骤一：进行电弧跟踪：对采集焊接过程中的电压、电流值进行采集，焊接时，焊丝末端与工件表面距离越近，焊接电流越大，焊接电压越小；焊丝末端与工件表面距离越远，焊接电流越小，焊接电压越大；
进行高度方向电弧跟踪，结合寻位功能，将摆焊第一个周期产生的电流值作为基准，再根据跟踪过程中实际焊接电流的大小，调整焊枪高度，从而实现高度方向的跟踪；
进行横向电弧跟踪，焊枪沿V型坡口以正弦曲线摆动，摆幅方向为y，焊枪摆动的中心线为C，摆动的最左位置为L，最右位置为R；焊缝实际的中心线为M；焊枪摆动中心线为C与焊缝实际中心线M之间的距离e，即电弧跟踪算法所要求的y方向的偏差值；摆动的过程中，焊丝末端与工件表面的距离有规律的不断变化：焊枪摆动中心线C较焊缝实际中心线M偏向左侧焊枪摆动到最左处L时，焊枪与工件表面距离最小，焊接电流最大；当焊枪由最左处L摆动到焊缝实际中心线M时，焊枪与工件表面距离不断增大，因此电流不断减小；当焊枪由焊缝实际中心线M摆动最右处R时，焊枪与工件表面距离又小幅减小，因此电流相应增加，焊接电流值最小处即焊缝实际的中心位置，在一个周期内，电流波形呈现一个大波峰、一个小波峰；根据焊枪从最左处L摆动到最右处R时的电流变化情况，并以最小电流M处作为分界线，求取从L到M处的电流面积积分Sl与M到R处的电流面积积分SR的差值，即S＝Sl-SR，该面积积分差值S与偏距e为线性关系。再根据积分差值S的正负，即可确定偏距e的方向；
步骤二：采集数据保存至循环数组；电弧跟踪采集焊接过程中的电压、电流值，焊接过程中，采集焊机电压，发现其变化频率太低，大概在8Hz左右，无法用作电弧跟踪；采集焊机电流，电流变化频率稍高为60Hz左右，因此采用电流数据进行电弧跟踪；
采样电流中，需要对电流进行滤波处理，针对麦格米特焊机数据，采用均值滤波和低通滤波均可以得到较规律的电流波形，即所得到的电流周期与机器人摆焊的周期一致，此外采用计算电流面积积分差法，需要明确焊枪何时摆动到最左边和最右边，从而确定计算电流的起始位置和终止为止，对于采集的电流，由于采集速度、数据传输以及数据处理过程中的影响，采集过程中常常会导致焊机电流相位与机器人摆焊不同步，需要在算法中也加入了相位补偿的参数；
步骤三：按照步骤2再次进行数据采集；
步骤四：进行偏差值计算：
(1)高度方向(z向)偏差值
计算高度方向的偏差值，对比基准电流与当前实际焊接电流即...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘中学，杨锋，
申请(专利权)人：上海智殷自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31