焊接机器人电弧传感控制方法与系统与流程

1.本发明涉及机器人电弧焊接技术领域，具体地说，涉及一种焊接机器人电弧传感控制方法与系统。


背景技术：

2.随着自动焊接设备与技术的发展，焊接机器人凭借可实现高效率、高品质、高柔性、高稳定性焊接作业的优点被不断普及、应用。另一方面，电弧传感作为一项弧焊传感技术，优点在于除了焊枪不需要增加附属工具，不会影响机器人可达性以及柔性，并且配合接触传感可以高效的进行自动焊接。所以，利用焊接机器人配合使用电弧传感技术完成焊接，不断被广泛地应用。
3.焊接机器人在执行焊接任务之前，都会进行示教操作。示教完成后，焊接点枪姿和所有空走点位置等焊接参数，均存储在机器人的焊接程序的对应示教点中。其中，示教点的位置和姿态可直接存储于机器人中，焊接开始点可以通过接触传感或者激光传感找到。
4.由于焊接机器人只能按照示教的轨迹或者离线编程生成的轨迹进行“示教再现”模式运行，所以当待焊工件出现组对偏差、定位偏差或者焊接热变形等偏差时，机器人还是按照原来的轨迹运行，这样就会产生焊偏的问题，导致焊接品质降低。并且针对焊接电源采用恒熔深的焊接模式，焊接电流是恒定的，所以无法通过焊接电流的变化判断是否偏离了实际焊缝。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种焊接机器人电弧传感控制方法与系统，针对焊接电源采用恒熔深的焊接模式，提高焊接机器人的焊接品质。
6.根据本发明的一个方面，提供一种焊接机器人电弧传感控制方法，包括以下步骤：
7.s110，依据预设采集间隔持续采集送丝速度，获得一半周期序列中每一半周期的平均送丝速度；所述半周期序列依据机器人焊接时生成的摆动相位确定；
8.s120，依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的各个半周期的平均送丝速度，计算得到第一方向上的第一目标送丝速度和第二方向上的第二目标送丝速度；其中，所述第二方向为焊枪在两相邻示教点的连线的法平面上的投影方向，所述第一方向为所述法平面上与所述第二方向垂直的方向；每一周期包含一正半周期和一负半周期；
9.s130，依据当前周期内的每一半周期的平均送丝速度、所述第一目标送丝速度以及所述第二目标送丝速度，分别获得焊丝在第一方向上的第一偏移矢量和在第二方向上的第二偏移矢量；以及
10.s140，依据所述第一偏移矢量和第二偏移矢量，得到合成偏移矢量，控制机器人对焊丝由当前位置朝所述合成偏移矢量所在的方向移动所述合成偏移矢量对应的值。
11.可选地，所述半周期序列包括正半周期序列和负半周期序列；所述步骤s120包括：
12.依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的正半周期序列中各个半周期的平均送丝速度，计算得到第一方向上的第一目标送丝速度；
13.依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的负半周期序列中各个半周期的平均送丝速度，计算得到第二方向上的第二目标送丝速度。
14.可选地，所述步骤s110包括：
15.获取焊接起始时间至当前周期的所有周期中，每一正半周期的平均送丝速度；
16.获取焊接起始时间至当前周期的所有周期中，每一负半周期的平均送丝速度；
17.所述步骤s130包括：
18.依据所述每一正半周期的平均送丝速度、每一负半周期的平均送丝速度、所述第一目标送丝速度以及所述第二目标送丝速度，分别获得焊丝在第一方向上的第一偏移矢量和在第二方向上的第二偏移矢量。
19.可选地，所述第一目标送丝速度为自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应的所有周期中各个正半周期的平均送丝速度的平均值。
20.可选地，所述第二目标送丝速度为自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应的所有周期中各个负半周期的平均送丝速度的平均值。
21.可选地，所述第一偏移矢量通过以下公式计算得到：
[0022][0023]
其中，h表示第一偏移矢量，k
11
表示第一方向上的第一预设权重，k
12
表示第一方向上的第二预设权重，v
2n-1
表示当前周期内正半周期的平均送丝速度，n表示当前周期对应的序列数，v
2i-1
表示第i个周期内正半周期的平均送丝速度，a
2n-1
表示第一目标送丝速度。
[0024]
可选地，所述第二偏移矢量通过以下公式计算得到：
[0025][0026]
其中，v表示第二偏移矢量，k
21
表示第二方向上的第三预设权重，k
22
表示第二方向上的第四预设权重，v
2n
表示当前周期内负半周期的平均送丝速度，n表示当前周期对应的序列数，v
2i
表示第i个周期内负半周期的平均送丝速度，a
2n
表示第二目标送丝速度。
[0027]
可选地，所述步骤s140包括：
[0028]
判断所述第一偏移矢量是否大于第一方向预设调整限值，若是，则将所述第一偏移矢量对应的值更改为所述第一方向预设调整限值；
[0029]
判断所述第二偏移矢量是否大于第二方向预设调整限值，若是，则将所述第二偏移矢量对应的值更改为所述第二方向预设调整限值；
[0030]
依据更改后的第一偏移矢量和第二偏移矢量，得到合成偏移矢量，控制机器人对焊丝由当前位置朝所述合成偏移矢量所在的方向移动所述合成偏移矢量对应的值。
[0031]
可选地，所述方法还包括步骤：
[0032]
判断自第二周期序列数对应的周期开始至当前周期，所有所述第一偏移矢量的和是否大于第一方向预设总偏差限值，或者所有所述第二偏移矢量的和是否大于第二方向预设总偏差限值，若是则结束流程；所述第二周期序列数为所述预设起始周期序列数和所述
预设周期数量的和。
[0033]
根据本发明的另一个方面，提供一种焊接机器人电弧传感控制系统，用于实现上述焊接机器人电弧传感控制方法，所述系统包括：
[0034]
送丝速度采集模块，用于依据预设采集间隔持续采集送丝速度，获得一半周期序列中每一半周期的平均送丝速度；所述半周期序列依据机器人焊接时生成的摆动相位确定；
[0035]
目标送丝速度获取模块，依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的各个半周期的平均送丝速度，计算得到第一方向上的第一目标送丝速度和第二方向上的第二目标送丝速度；其中，焊枪在两相邻示教点的连线的法平面上的投影为所述第二方向，所述法平面上与所述第二方向垂直的方向为所述第一方向；每一周期包含一正半周期和一负半周期；
[0036]
偏移矢量获取模块，用于依据当前周期内的每一半周期的平均送丝速度、所述第一目标送丝速度以及所述第二目标送丝速度，分别获得焊丝在第一方向上的第一偏移矢量和在第二方向上的第二偏移矢量；
[0037]
偏移调整模块，用于依据所述第一偏移矢量和第二偏移矢量，得到合成偏移矢量，控制机器人对焊丝由当前位置朝所述合成偏移矢量所在的方向移动所述合成偏移矢量对应的值。
[0038]
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
[0039]
本发明提供的焊接机器人电弧传感控制方法与系统针对变速送丝的焊接电源恒熔深焊接模式，基于摆动相位确定摆动周期，然后基于用户输入的多个周期相关参数分别得到两个方向上的目标送丝速度，然后基于当前周期内的平均送丝速度和上述目标送丝速度，分别得到两个方向上的偏移矢量，基于该偏移矢量进行偏移调整，从而实现了在电弧传感技术下利用机器人焊接时对焊丝位置进行实时调整，保证了焊接位置的准确性，提高了焊接品质。
附图说明
[0040]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1为本技术一实施例中由两相邻示教点确定的第一方向和第二方向的示意图；
[0042]
图2为本技术一实施例中焊接机器人产生的摆动轨迹和摆动相位示意图；
[0043]
图3为本技术一实施例公开的焊接机器人电弧传感控制方法的流程示意图；
[0044]
图4为本技术另一实施例公开的焊接机器人电弧传感控制方法的流程示意图；
[0045]
图5为本技术一实施例公开的焊接机器人电弧传感控制系统的结构示意图；
[0046]
图6为本技术另一实施例公开的焊接机器人电弧传感控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形
式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
[0048]
本实施例中，示教轨迹上每两个相邻示教点连线确定一法平面(即为该连线的法平面)，焊枪在该法平面上的投影确定为v方向即第二方向，在该法平面上与v方向垂直的方向确定为h方向即第一方向。参考图1中两个示教点p1和p2的连线的法平面200，焊枪100在法平面200上的投影为v方向即第二方向，在该法平面200上与v方向垂直的方向为h方向即第一方向。p1和p2是示教轨迹上的两个相邻示教点。其中，第二方向的正方向与第一方向的正方向符合左手螺旋法则。比如，如图1所示，法平面200中竖直向下的方向为第二方向的正方向，那么该法平面200中水平向左的方向即为第一方向的正方向。
[0049]
针对变速送丝的焊接电源恒熔深焊接模式，在机器人摆动焊接过程中，由于焊接电流恒定，所以此种模式下无论通过采集焊接电流的变化作为电弧传感的判定依据。此时电流波动非常小，需要通过调整送丝量保证焊接电流的恒定，所以此时可以以送丝速度进行判定，可以通过实时分析摆动相位以及摆动过程中送丝速度的变化来反应是否偏离了实际焊缝。如果偏离，则可通过实时调整焊丝尖端的位置，保证焊接位置的准确性。
[0050]
参考图2，图2中曲线201为焊接机器人在摆动焊接过程中的摆动轨迹。摆动轨迹是焊接机器人实际运动的轨迹。曲线202为焊接机器人产生的摆动位置信号也即摆动相位。摆动相位是根据用户输入的摆动参数以及示教轨迹确定的。上述摆动参数可以为摆幅、频率和/或摆动类型。摆动周期由摆动相位确定。每一个摆动周期中包含有两个半周期。比如图2中示出了周期1、周期2
……
直至周期n，周期1包含半周期1和半周期2。周期2包含半周期3和半周期4。其中，周期n表示当前周期，周期n包含半周期2n-1和半周期2n。v
2n-1
表示半周期2n-1的平均送丝速度。v
2n
表示半周期2n的平均送丝速度。
[0051]
如图3所示，本发明公开了一种焊接机器人电弧传感控制方法，包括以下步骤：
[0052]
s110，依据预设采集间隔持续采集送丝速度，获得一半周期序列中每一半周期的平均送丝速度。上述半周期序列依据机器人焊接时生成的摆动相位确定。具体来说，该步骤可以为：电弧传感单元采集焊接电源内送丝机的送丝速度。送丝速度可以每间隔一时间段采集一次，采集到焊接电流之后，可以进行预处理操作，基于摆动相位确定半周期序列，然后计算得到每一个半周期对应的平均送丝速度。上述预处理操作包括但不限于低通滤波和滑动均值滤波。其中，该步骤可以根据摆动相位的中断，即上升沿以及下降沿触发，确定半周期序列，进而得到每个半周期对应的半周期序列数。
[0053]
示例性地，比如，可以在每间隔0.1ms采集一次送丝速度，得到一个采样点。那么1秒钟就可以得到一万个采样点。根据这一万个采样点对应的送丝速度，即可计算得到该1秒钟内的平均送丝速度。依据上述举例方法，得到每一个半周期内的采样点数，即可计算得到每一个半周期对应的平均送丝速度。
[0054]
s120，依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的各个半周期的平均送丝速度，计算得到第一方向上的第一目标送丝速度和第二方向上的第二目标送丝速度。其中，焊枪在两相邻示教点的连线的法平面上的投影为上述第二方向。上述法平面上与上述第二方向垂直的方向为上述第一方向。每一周期包含一正半周期和一负半周期。
[0055]
参考图2，正半周期即为当摆动轨迹位于水平分界线203上方时对应的摆动相位确
定的半周期。负半周期即为当摆动轨迹位于水平分界线203下方时对应的摆动相位确定的半周期。比如，参考图2，半周期1即为正半周期，半周期2即为负半周期。类似地，半周期3即为正半周期，半周期4即为负半周期。
[0056]
其中，上述预设起始周期序列数和上述预设周期数量的和小于等于当前周期序列数。
[0057]
上述半周期序列包括正半周期序列和负半周期序列。上述步骤s120包括：
[0058]
依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的正半周期序列中各个半周期的平均送丝速度，计算得到第一方向上的第一目标送丝速度。也即，上述第一目标送丝速度为自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应的所有周期中各个正半周期的平均送丝速度的平均值。
[0059]
依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的负半周期序列中各个半周期的平均送丝速度，计算得到第二方向上的第二目标送丝速度。也即，第二目标送丝速度为自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应的所有周期中各个负半周期的平均送丝速度的平均值。
[0060]
若上述预设起始周期序列数表示为s，上述预设周期数量表示为c，那么第一目标送丝速度可通过如下公式计算：
[0061]
av1＝[a
2s-1
+...+a
2(s+c-1)-3
+a
2(s+c-1)-1
]/c
[0062]
第二目标送丝速度可通过如下公式计算：
[0063]
av2＝[a
2s
+...+a
2(s+c-1)-2
+a
2(s+c-1)
]/c
[0064]
其中，av1表示第一目标送丝速度，av2表示第二目标送丝速度。
[0065]a2(s+c-1)
为第[2*(s+c-1)]个半周期的平均送丝速度，a
2(s+c-1)-1
为第[2*(s+c-1)-1]个半周期的平均送丝速度，a
2(s+c-1)-2
为第[2*(s+c-1)-2]个半周期的平均送丝速度，a
2(s+c-1)-3
为第[2*(s+c-1)-3]个半周期的平均送丝速度，a
2s
为第(2*s)个半周期的平均送丝速度，a
2s-1
为第(2*s-1)个半周期的平均送丝速度。
[0066]
需要说明的是，第一目标送丝速度和第二目标送丝速度也可以基于各个半周期的平均送丝速度，求加权平均值得到，本技术对此不作限制。上述预设起始周期序列数和预设周期数量可以为基于用户在交互模块上输入的相关周期参数得到。
[0067]
上述预设起始周期序列数和预设周期数量也可以基于图像采集分析模块，实时采集图像获取焊接轨迹，分析后将焊接轨迹和示教轨迹重合度最高的多个连续周期，作为该步骤s120的输入参数。
[0068]
示例性地，比如上述预设起始周期序列数为3，预设周期数量也为2。并且半周期计数是从1开始计的，也即第一个半周期(也为正半周期)的序列数为1，第二个半周期(也为负半周期)的序列数为2。那么上述第一目标送丝速度为基于第5个半周期和第7个半周期的平均送丝速度，求平均值计算得到。上述第二目标送丝速度为基于第6个半周期和第7个半周期的平均送丝速度，求平均值计算得到。
[0069]
s130，依据当前周期内的每一半周期的平均送丝速度、上述第一目标送丝速度以及上述第二目标送丝速度，分别获得焊丝在第一方向上的第一偏移矢量和在第二方向上的第二偏移矢量。
[0070]
具体来说，依据步骤s110中获取的焊接起始时间至当前周期的所有周期中每一正
半周期的平均送丝速度、所有周期中每一负半周期的平均送丝速度、上述第一目标送丝速度以及上述第二目标送丝速度，分别获得焊丝在第一方向上的第一偏移矢量和在第二方向上的第二偏移矢量。
[0071]
第一偏移矢量通过以下公式计算得到：
[0072][0073]
其中，h表示第一偏移矢量，k
11
表示第一方向上的第一预设权重，k
12
表示第一方向上的第二预设权重，v
2n-1
表示当前周期中正半周期的平均送丝速度，n表示当前周期对应的序列数，v
2i-1
表示第i个周期内正半周期的平均送丝速度，a
2n-1
表示第一目标送丝速度。
[0074]
第二偏移矢量通过以下公式计算得到：
[0075][0076]
其中，v表示第二偏移矢量，k
21
表示第二方向上的第三预设权重，k
22
表示第二方向上的第四预设权重，v
2n
表示当前周期中负半周期的平均送丝速度，n表示当前周期对应的序列数，v
2i
表示第i个周期内负半周期的平均送丝速度，a
2n
表示第二目标送丝速度。
[0077]k11
、k
12
、k
21
和k
22
的取值区间均为[0,1]，本领域技术人员可根据需要进行设置，本技术对此不作限制。
[0078]
s140，依据上述第一偏移矢量和第二偏移矢量，得到合成偏移矢量，控制机器人对焊丝由当前位置朝上述合成偏移矢量所在的方向移动上述合成偏移矢量对应的值。具体来说，也即对上述第一偏移矢量和第二偏移矢量进行矢量合成，得到合成偏移矢量。比如，若上述第一偏移矢量为0.1mm，上述第二偏移矢量为-0.2mm，则焊接机器人依据合成偏移矢量，控制焊丝朝合成偏移矢量所在的方向移动合成偏移矢量对应的数值，也即移动了合成偏移矢量对应的绝对值。也即，焊丝调整后，实现沿第一方向正方向移动了0.1mm，沿第二方向的负方向移动了0.2mm。
[0079]
需要说明的是，在本技术中，第一偏移矢量、第二偏移矢量以及合成偏移矢量，也即所有的偏移矢量均是包含有方向和数值的矢量。也即，所有的偏移矢量具有方向性。
[0080]
在本技术的一优选实施例中，上述步骤s140包括：
[0081]
s141，判断上述第一偏移矢量是否大于第一方向预设调整限值，若是，则将上述第一偏移矢量对应的值更改为上述第一方向预设调整限值。
[0082]
s142，判断上述第二偏移矢量是否大于第二方向预设调整限值，若是，则将上述第二偏移矢量对应的值更改为上述第二方向预设调整限值。
[0083]
s143，依据更改后的第一偏移矢量和第二偏移矢量，得到合成偏移矢量，控制机器人对焊丝由当前位置朝上述合成偏移矢量所在的方向移动上述合成偏移矢量对应的值。
[0084]
这样可以避免对焊丝超调，从而避免焊接出的成品不满足焊接要求。需要说明的是，若上述第一偏移矢量或者第二偏移矢量为负值，则对其求绝对值后再与第一方向预设调整限值或者第二方向预设调整限值进行比较。其中，第一方向预设调整限值和第二方向预设调整限值均为正值。
[0085]
在本技术的另一实施例中，如图4所示，在上述图3实施例的基础上，该方法还包括
步骤：
[0086]
s150，判断自第二周期序列数对应的周期开始至当前周期，所有上述第一偏移矢量的和是否大于第一方向预设总偏差限值，或者所有上述第二偏移矢量的和是否大于第二方向预设总偏差限值，若是则结束流程。上述第二周期序列数为上述预设起始周期序列数和上述预设周期数量的和。
[0087]
这样可以避免焊接出的成品不满足焊接要求，避免对后续再装配产生不利影响。需要说明的是，若上述第一偏移矢量的和或者第二偏移矢量的和为负值，则对其求绝对值后再与第一方向预设总偏差限值或者第二方向预设总偏差限值进行比较。其中，第一方向预设总偏差限值和第二方向预设总偏差限值均为正值。
[0088]
示例性地，接着上述步骤s120中的示例进行举例说明，此时第二周期序列数为5。若当前周期序列数为7，则所有上述第一偏移矢量的和为第5个周期、第6个周期以及第7个周期内焊丝的第一偏移矢量的和。
[0089]
本技术对上述所有的预设值(比如第一方向预设调整限值、第二方向预设调整限值、第一方向预设总偏差限值和第二方向预设总偏差限值)均不作限制，本领域技术人员可根据需要进行设置。
[0090]
如图5所示，本发明实施例还公开了一种焊接机器人电弧传感控制系统5，该系统包括：
[0091]
送丝速度采集模块51，用于依据预设采集间隔持续采集送丝速度，获得一半周期序列中每一半周期的平均送丝速度。上述半周期序列依据机器人焊接时生成的摆动相位确定。
[0092]
目标送丝速度获取模块52，依据自预设起始周期序列数开始，预设周期数量对应周期内的各个半周期的平均送丝速度，计算得到第一方向上的第一目标送丝速度和第二方向上的第二目标送丝速度。其中，焊枪在两相邻示教点的连线的法平面上的投影为上述第二方向，上述法平面上与上述第二方向垂直的方向为上述第一方向。每一周期包含一正半周期和一负半周期。
[0093]
偏移矢量获取模块53，用于依据当前周期内的每一半周期的平均送丝速度、上述第一目标送丝速度以及上述第二目标送丝速度，分别获得焊丝在第一方向上的第一偏移矢量和在第二方向上的第二偏移矢量。
[0094]
偏移调整模块54，用于依据上述第一偏移矢量和第二偏移矢量，得到合成偏移矢量，控制机器人对焊丝由当前位置朝上述合成偏移矢量所在的方向移动上述合成偏移矢量对应的值。
[0095]
如图6所示，本发明实施例还公开了一种焊接机器人电弧传感控制系统。该系统由焊接电源601、电弧传感单元602、机器人控制单元603和机器人本体604组成。其中，焊接电源601、电弧传感单元602、机器人控制单元603和机器人本体604依次连接，且焊接电源601和机器人本体604连接。焊接电源601包含有用于输送焊丝，焊接电源601可以感知获取送丝速度。电弧传感单元内包括送丝速度采集模块和送丝速度处理模块。机器人本体604将摆动位置信号(即摆动相位)实时发送给电弧传感单元602，电弧传感单元602中的送丝速度采集模块和送丝速度处理模块不断采集和处理焊接过程中的送丝速度值。送丝速度处理模块可以执行上述实施例公开的电弧传感控制方法中的步骤，将得到的合成偏移矢量传输给机器
人控制单元603。机器人控制单元603控制机器人本体604对焊丝由当前位置朝上述合成偏移矢量所在的方向移动上述合成偏移矢量对应的值。
[0096]
综上，本发明的焊接机器人电弧传感控制方法与系统至少具有如下优势：
[0097]
本实施例公开的焊接机器人电弧传感控制方法与系统针对变速送丝的焊接电源恒熔深焊接模式，基于摆动相位确定摆动周期，然后基于用户输入的多个周期相关参数分别得到两个方向上的目标送丝速度，然后基于当前周期内的平均送丝速度和上述目标送丝速度，分别得到两个方向上的偏移矢量，基于该偏移矢量进行偏移调整，从而实现了在电弧传感技术下利用机器人焊接时对焊丝位置进行实时调整，保证了焊接位置的准确性，提高了焊接品质。
[0098]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或者示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或者示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或者示例中以合适的方式结合。
[0099]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。