机器人搅拌摩擦焊在线力位混合控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机器人搅拌摩擦焊接系统，包括机器人本体、专用电主轴、六维力传感器、点激光传感器、搅拌针、变位机或固定平台；六维力传感器安装在机器人末端法兰盘与专用电主轴之间，实时测量搅拌头的末端受力，并转换到机器人工具坐标系中；点激光传感器安装在专用电主轴下方，测量搅拌轴肩与焊接工件的高度差；焊接工件放置在变位机或者固定平台上；机器人搅拌摩擦焊接系统共包括三种模式，分别是恒压力控制模式、恒位移控制模式和力位混合控制模式。采用本发明专利技术的技术方案，提高机器人搅拌摩擦焊的焊接质量，实现空间复杂曲面壁板的连接。

Online force position hybrid control system for robot friction stir welding

【技术实现步骤摘要】
机器人搅拌摩擦焊在线力位混合控制系统该专利技术受到国家重点研发计划——复杂曲面壁板结构搅拌摩擦焊机器人技术及系统(基金号：2018YFB1306400)的支持。
本专利技术属于机器人搅拌摩擦焊领域，尤其涉及搅拌摩擦焊机器人末端的在线力位混合控制，适用于空间曲线链接，广泛应用于航空航天、汽车制造、轨道交通等领域。
技术介绍
高强铝合金大型薄壁复杂曲面壁板被广泛的应用于航空航天等领域，壁板具有结构尺寸大、形态各异、曲率变化大等特点。搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型的固相连接技术，具有无熔化，焊接变形及残余应力低，焊接表面光滑，绿色环保，接头力学性能优异等优点。搅拌摩擦焊机器人系统灵活性好，智能化水平高，可完成空间曲面连接，采用搅拌摩擦焊机器人系统是提高新型轻质高强铝合金复杂空间曲线焊缝质量和焊接效率的有效途径和必然趋势。但机器人柔性高，搅拌摩擦焊末端受力复杂且顶锻力较大，促使机器人搅拌摩擦焊末端易产生振动，焊接过程中收到的力不恒定，搅拌轴肩与焊接板面接触不均匀，焊接深度不一，导致焊接质量降低。
技术实现思路
本专利技术针对以上存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，包括机器人本体、专用电主轴、六维力传感器、点激光传感器、搅拌针、变位机或固定平台；其中，六维力传感器安装在机器人末端法兰盘与专用电主轴之间，实时测量搅拌头的末端受力，并转换到机器人工具坐标系中；点激光传感器安装在专用电主轴下方，测量搅拌轴肩与焊接工件的高度差；焊接工件放置在变位机或者固定平台上；机器人搅拌摩擦焊接系统共包括三种模式，分别是恒压力控制模式、恒位移控制模式和力位混合控制模式；恒压力控制模式采用六维力传感器实时监测搅拌头受力，当搅拌轴肩与焊接板材充分接触时，该受力恒定，搅拌针按照预定轨迹运动并进行实时调整完成焊接；恒位移控制模式采用点激光传...

【技术特征摘要】
1.一种机器人搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，包括机器人本体、专用电主轴、六维力传感器、点激光传感器、搅拌针、变位机或固定平台；其中，六维力传感器安装在机器人末端法兰盘与专用电主轴之间，实时测量搅拌头的末端受力，并转换到机器人工具坐标系中；点激光传感器安装在专用电主轴下方，测量搅拌轴肩与焊接工件的高度差；焊接工件放置在变位机或者固定平台上；机器人搅拌摩擦焊接系统共包括三种模式，分别是恒压力控制模式、恒位移控制模式和力位混合控制模式；恒压力控制模式采用六维力传感器实时监测搅拌头受力，当搅拌轴肩与焊接板材充分接触时，该受力恒定，搅拌针按照预定轨迹运动并进行实时调整完成焊接；恒位移控制模式采用点激光传感器实时监测末端位置与焊接板材的高度差，促使焊接深度一致，搅拌针按照预定轨迹运动并进行实时调整；力位混合控制采用六维力传感器实时监测搅拌头受力，采用点激光传感器实时监测末端位置距离焊接板材的高度差，建立力与位置之间的控制算法，得出末端位置偏差量ΔZ1，点激光传感器得出末端位置偏差量ΔZ2，在PC中建立系数公式ΔZ＝a×ΔZ1+b×ΔZ2，并将ΔZ实时传递给控制器进行实时调整，实现力位混合控制。


2.如权利要求1所述机器人搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，所述采用恒压力控制模式，六维力传感器接收搅拌头末端受力进行反馈，控制器完成插补运动实现搅拌针与焊接工件的接触力恒定，步骤如下：
选定恒压力控制模式，打开六维力传感器并进行实时数据采集。
设定恒压力阈值；
规划焊接路径，运动到焊接起点并沿轨迹运动；
当搅拌针未与焊接工件接触时，力控制器模块不被激活，机器人沿着轨迹进行运动；当搅拌针与工件接触时，六维力传感器采集到末端受力，力控制器模块被激...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，孔德兵，袁涛，蒋晓青，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11