本發(fā)明涉及焊接工藝領(lǐng)域，特別涉及結(jié)合k-tig焊接工藝和雙機協(xié)同的焊接工藝，尤指一種雙機器人協(xié)同的方管k-tig對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、k-tig是一種深熔鎖孔型非熔化極惰性氣體保護焊接方法，屬于大電流tig焊接技術(shù)。大電流形成的電弧壓力與液體金屬重力、表面張力保持熔池的動態(tài)平衡，形成幾何形態(tài)穩(wěn)定的小孔，可實現(xiàn)中厚板的單面焊雙面成形。k-tig對于厚度在16mm以下的材料(如鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、鈦合金、鋯合金等)既不需要填絲也不需要開坡口，卻能夠比傳統(tǒng)tig焊效率高百倍。但這種焊接方法更適合平焊。所以當(dāng)工件具有彎曲表面時(例如管道焊接)，需進行管道旋轉(zhuǎn)，以使焊槍與焊接軌跡的相對位置保持平焊狀態(tài)。否則，立焊或仰焊更容易形成垂滴、或者由焊接熔池塌陷引起融毀等焊接缺陷。針對這一現(xiàn)象，現(xiàn)已有的解決方案為脈沖焊蓋面和外加軸向磁場調(diào)控，而這兩種方法十分低效，需要大量的人力物力進行試驗評估。

2、由于焊接工件結(jié)構(gòu)和焊接工藝組合的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)和基于單個機器人的生產(chǎn)設(shè)備已難以滿足生產(chǎn)任務(wù)的需求。而多機器人協(xié)作系統(tǒng)大大提高了工業(yè)機器人系統(tǒng)的靈活性以及負載能力，能快速解決焊接工件結(jié)構(gòu)和焊接工藝組合的復(fù)雜性帶來的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種雙機器人協(xié)同的方管k-tig對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法，解決了當(dāng)工件具有彎曲表面時，k-tig焊接熔池塌陷引起融毀等焊接缺陷問題。本發(fā)明通過位置和速度的約束條件對焊接機器人和搬運機器人的運動軌跡進行規(guī)劃，使得焊接過程中焊k-tig槍始終位于焊縫上方恒定距離且與焊縫對中，同時焊接機器人與搬運機器人的相對運動控制，使k-tig焊槍相對焊接軌跡保持平焊狀態(tài)及焊接速度不變。降低k-tig焊接過程中重力對熔池帶來的影響，保證了焊接構(gòu)件的不同局域焊縫成型一致。

2、本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、雙機器人協(xié)同的方管k-tig對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法，在可協(xié)同作業(yè)的焊接機器人和搬運機器人上分別安裝k-tig焊槍和方管結(jié)構(gòu)件，通過焊接機器人、搬運機器人協(xié)同作業(yè)，與k-tig焊接系統(tǒng)相互配合實現(xiàn)對方管結(jié)構(gòu)件的對接環(huán)焊縫進行焊接，包括以下步驟：

4、步驟1：根據(jù)方管結(jié)構(gòu)件的材料和厚度確定k-tig焊接工藝參數(shù)；

5、步驟2：根據(jù)方管結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和待焊點的位姿要求確定焊接軌跡，焊接機器人夾持k-tig焊槍從起弧點p0處開始起弧，起弧后k-tig焊槍向前運動，直至達到方管結(jié)構(gòu)件圓弧段起始點p1處，k-tig焊槍運動速度緩降為0，此時搬運機器人抓取方管結(jié)構(gòu)件以待焊接段圓弧的中心p2為圓心進行旋轉(zhuǎn)運動，當(dāng)方管結(jié)構(gòu)件圓弧段結(jié)束點p3作為待焊點時，k-tig焊槍繼續(xù)向前運動以進行方管結(jié)構(gòu)件直線段的焊接任務(wù)，到下一個圓弧起始點時，k-tig焊槍停止運動，此時方管結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)動以執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件圓弧段焊接任務(wù)；如此往復(fù)，直至k-tig焊槍完成方管結(jié)構(gòu)件環(huán)焊縫一周的焊接任務(wù)到達熄弧點p4處上方進行熄弧；焊接過程中雙機器人的運動軌跡通過待焊點、k-tig焊槍的位姿要求、k-tig焊接工藝參數(shù)中的鎢極到工件表面高度和焊接速度進行約束；

6、步驟3：根據(jù)方管結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸將焊接任務(wù)劃分為方管結(jié)構(gòu)件的直線段焊接任務(wù)模塊和圓弧段焊接任務(wù)模塊；在不同的焊接任務(wù)模塊中根據(jù)方管結(jié)構(gòu)件的尺寸參數(shù)和k-tig焊接工藝參數(shù)對k-tig焊槍運動的速度v以及方管結(jié)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的角速度w進行規(guī)劃。

7、根據(jù)方管結(jié)構(gòu)件的材料和厚度δ確定k-tig焊接工藝參數(shù)，包括鎢極到工件表面高度d，焊接速度v，焊接電流i。焊接電流i的取值范圍為300~1000a。

8、在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件直線段焊接任務(wù)時，焊接機器人夾持k-tig焊槍做直線運動，搬運機器人保持靜止；在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件圓弧段焊接任務(wù)時，焊接機器人夾持k-tig焊槍保持靜止，搬運機器人抓取方管結(jié)構(gòu)件做以方管結(jié)構(gòu)件圓弧段中心為圓心的旋轉(zhuǎn)運動。

9、在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件直線段焊接任務(wù)時，焊接速度v等于k-tig焊槍的運動速度；在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件圓弧段焊接任務(wù)時，焊接速度v等于方管結(jié)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的角速度w與待焊接節(jié)點到旋轉(zhuǎn)中心的距離r的乘積。

10、在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件直線段焊接任務(wù)時，k-tig焊槍的總位移為4a，在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件圓弧段焊接任務(wù)時，方管結(jié)構(gòu)件件中心的運動軌跡總長為πb；在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件圓弧段焊接任務(wù)時，方管結(jié)構(gòu)件圓弧段中心均位于方管結(jié)構(gòu)件中心斜上方45°且距離為b；方管結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)動的角速度w=v/c，方管結(jié)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的角度θ為90°。a、b、c為方管結(jié)構(gòu)件的形狀參數(shù)，即a為一段方管結(jié)構(gòu)件直線段的距離長度，b為方管結(jié)構(gòu)件中心到旋轉(zhuǎn)中心的距離，c為方管結(jié)構(gòu)件圓弧段的半徑長度。

11、本發(fā)明的有益效果在于：

12、1、本發(fā)明使用k-tig焊接技術(shù)，焊前無需開坡口，焊接過程中無需填絲，單面焊雙面成型，比傳統(tǒng)tig焊接技術(shù)快100倍的速度進行焊接。即節(jié)省了成本，又大大地提高了焊接效率。

13、2、本發(fā)明提出的雙機協(xié)同焊接軌跡規(guī)劃方法，通過位置和速度的約束條件來對焊接機器人和搬運機器人的運動軌跡進行規(guī)劃，使得焊接過程中k-tig焊槍始終位于焊縫上方恒定距離且與焊縫對中，同時待焊點始終處于理想的位姿，即保證焊點的熔池盡可能處于水平狀態(tài)。降低k-tig焊接過程中重力對熔池帶來的影響，保證了方管結(jié)構(gòu)件的不同局域焊縫成型一致。

技術(shù)特征：

1.一種雙機器人協(xié)同的方管k-tig對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：在可協(xié)同作業(yè)的焊接機器人和搬運機器人上分別安裝k-tig焊槍和方管結(jié)構(gòu)件，通過焊接機器人、搬運機器人協(xié)同作業(yè)，與k-tig焊接系統(tǒng)相互配合實現(xiàn)對方管結(jié)構(gòu)件的對接環(huán)焊縫進行焊接，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙機器人協(xié)同的方管k-tig對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：根據(jù)方管結(jié)構(gòu)件的材料和厚度δ確定k-tig焊接工藝參數(shù)，包括鎢極到工件表面高度d，焊接速度v，焊接電流i。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙機器人協(xié)同的方管k-tig對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件直線段焊接任務(wù)時，焊接機器人夾持k-tig焊槍做直線運動，搬運機器人保持靜止；在執(zhí)行方管結(jié)構(gòu)件圓弧段焊接任務(wù)時，焊接機器人夾持k-tig焊槍保持靜止，搬運機器人抓取方管結(jié)構(gòu)件做以方管結(jié)構(gòu)件圓弧段中心為圓心的旋轉(zhuǎn)運動；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙機器人協(xié)同的方管k-tig對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：所述的焊接電流i的取值范圍為300~1000a。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種雙機器人協(xié)同的方管K?TIG對接焊焊接軌跡規(guī)劃方法，屬于焊接工藝領(lǐng)域。雙機器人為可協(xié)同作業(yè)的焊接機器人和搬運機器人，焊接機器人法蘭末端連接K?TIG焊槍，搬運機器人末端連接方管結(jié)構(gòu)件，利用雙機協(xié)同作業(yè)和K?TIG焊接系統(tǒng)實現(xiàn)對方管結(jié)構(gòu)件的對接環(huán)焊縫的焊接。本發(fā)明通過位置和速度的約束條件來對焊接機器人和搬運機器人的運動軌跡進行規(guī)劃，使得焊接過程中K?TIG焊槍始終位于焊縫上方恒定距離且與焊縫對中，同時待焊點始終處于理想的位姿，即保證焊點的熔池盡可能處于水平狀態(tài)。降低K?TIG焊接過程中重力對熔池帶來的影響，保證了焊接構(gòu)件的不同局域焊縫成型一致。

技術(shù)研發(fā)人員：徐國成,張智強,董娟,王洪瀟,谷曉鵬,馮超,孫嘉晟
受保護的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26