基于轨迹在线识别的3D折线焊缝机器人摆动GMAW实时跟踪方法

作     者：贾爱亭 洪波 李湘文 高佳篷 吴格飞 屈原缘 JIA Aiting;HONG Bo;LI Xiangwen;GAO Jiapeng;WU Gefei;QU Yuanyuan

作者机构：湘潭大学机械工程学院湘潭411105 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第14期

页      面：116-125页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(51575468) 长株潭标志性工程计划重大标志性创新示范工程(2019XK2303) 潭市科技计划(ZD-ZD20191007) 湖南省自然科学基金(2020JJ4089) 2019年湖南省研究生科研创新(XDCX2019B099) 2020年湖南省研究生科研创新(XDCX2020B128)资助项目。 

主　　题：3D折线焊缝 GMAW 轨迹在线识别 焊缝跟踪 

摘      要：3D折线焊缝大量存在于海工装备、大型起重装备、物流运输装备等制造领域中,属于典型的复杂轨迹焊缝,主要通过示教再现的方式进行自动焊接。大量的重复示教工作严重限制了焊接效率和质量,实现焊缝实时跟踪是提高焊接质量和效率的有效途径。针对3D折线焊缝实时跟踪问题,建立一种基于轨迹在线识别的机器人摆动熔化极气体保护焊(Gasmetalarc welding,GMAW)实时跟踪系统。首先,提出一种基于点云数据处理的3D折线焊缝起焊点焊枪位姿检测方法,获取焊缝起焊点焊枪位姿;利用3D折线焊缝位姿信息在线快速提取方法获取焊接过程中焊缝位姿信息,实现焊缝轨迹在线识别。然后,利用摆动电弧偏差识别方法获取焊缝偏差。最后,提出一种基于轨迹在线识别的3D折线焊缝机器人摆动GMAW实时跟踪方法,利用模糊PID控制方法实现焊缝实时跟踪。针对折角范围为130°~230°的典型3D折线焊缝的焊接试验表明,起焊点寻位位置检测误差小于0.4mm,姿态估计误差小于1.8°,焊缝跟踪误差不超过0.4mm,满足3D折线焊缝实时跟踪的要求。