一种自动焊接的管道自动对齐方法与流程

本发明涉及自动焊接领域，特别涉及一种自动焊接的管道自动对齐方法。

背景技术：

在自动焊接管道的过程中，如何实现两个管道的自动对齐是一个难点，尤其管道可以在三维空间移动，如果简化在一个面或线线移动，以及如何消除不同重量的管道的扰动对精准对齐造成的影响，最后如何实现管道的自动对齐，是现实存在的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种自动焊接的管道自动对齐方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种自动焊接的管道自动对齐方法，包括如下步骤：

s1：将管道抬起，抬至已定位置，在x方向上移动；

s2：自动控制之前消除扰动，对扰动进行补偿；

s3：水平移动管道至一定的位置，时期两个管道之间的距离为事先设定好的距离；

s4：启动自动控制，自动对齐两焊接管道。

优选的，所述将管道抬起，抬至已定位置，在x方向上移动，具体步骤还包括：

s10：将两根管道抬起至同一高度即在坐标中的y轴有一致的坐标，并在z轴上也有一致的坐标，两管道在x轴上移动，并开始接近，y轴设定值是一个相对平台基座高度的值即绝对高度与平台高度的差值(基座坐标系)，即y轴的坐标原点就是平台基座高度，z轴和x轴的设定值也是一个相对值，坐标的原点就是平台基座，固定臂c关节的坐标为管道被抬起的坐标，用c(x,y,z)来表示，具体方程式：

c(x,y,z)＝f(a(x,y,z)+b(y,z))

先将管道抬起，在已定位置，再在x方向上移动，上述公式简化为：c(y,z)＝f(a(y,z)+b(y,z))

由于机械手臂和电机控制是以角度为坐标的，上述公式在简化演变为：c(r,θ)＝f(a(r_1,θ_1)+b(r_2,θ_2)。

优选的，自动控制之前消除扰动，对扰动进行补偿，具体步骤还包括建立如下数学模型：

s20：ra，la分别为励磁电路的电阻和电感；j，b分别为电路和负载折算到电动机轴上的等效转动惯量和粘性阻尼系数，ia为电枢电流，tn为负载。

直流电动机的数学模型

由控制输入电压ei(t)，系统的动态方程为：

电枢电压方程：

电动机扭矩方程：tm＝ktia(t)；

扭矩平衡方程：

电动机的反电动势正比于转速：

将上面动态方程进行拉普拉斯变换得到，

(las+ra)ia(s)＝ei(s)-eb(s)；

tm(s)＝ktia(s)；

(js²+bs)θ(s)＝tm(s)-tn(s)；

eb(s)＝kbsθ(s)；

根据上述拉普拉斯变换，我们得到传递函数，

优选的，自动控制之前消除扰动，对扰动进行补偿，在固定机械手臂的关节c设置称重传感器，根据扰动量的大小来调整pid参数，具体步骤如下：

s21:固定式机械手臂抓起带对接管道；

s22：称重管道重量w；

s23：将重量w与预设定重量w进行对比；

s24：根据w/w的对比值调整pid参数中的p值。

优选的，水平移动管道至一定的位置，时期两个管道之间的距离为事先设定好的距离，在焊接平台上加设至少2组限位开关，p1为、p2为两个对接的管道，sq1、sq2为一组限位开关，设置于焊接平台上在管道p1侧，sq3、sq4为另一组限位开关，设置于焊接平台上在管道p2侧，具体步骤如下：

s31：固定式机械手臂1抓起带对接管道p1；

s32：固定式机械手臂1匀速将管道p1移动到限位开关sq1；

s33：由于sq1与sq2之间的距离是可以得到的，所在这里开启自动控制，由于我们要求控制精度比较高我们还是采用pid控制方案而不是采用速度较快的pd控制；

s34：管道p1移动到sq2停止移动；

s35：固定式机械手臂2抓起带对接管道p2；

s36：固定式机械手臂2匀速将管道p2移动到限位开关sq3；

s37：为了进一步提高控制精度开启自动控制，将管道p2移动到限位开关sq4；

s38：由于sq1与sq2之间的距离是可以得到的，并更为精确，启自动控制，将管道p2移动到限位开关sq2；

s39：管道对接完成。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明通过化繁为简，将管道抬起，抬至已定位置，在x方向上移动一个方向上进行移动，同时在自动控制之前消除扰动，对扰动进行补偿，并在水平移动管道至一定的位置，时期两个管道之间的距离为事先设定好的距离，启动自动控制，最终实现自动对齐两焊接管道，方法简单，可靠。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

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。

图1是根据一示例性实施例示出的自动焊接的管道自动对齐方法示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的两根管道对齐示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的负载tn(s)是扰动示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：

如图1所示的，一种自动焊接的管道自动对齐方法，包括如下步骤：

s1：将管道抬起，抬至已定位置，在x方向上移动；

s2：自动控制之前消除扰动，对扰动进行补偿；

s3：水平移动管道至一定的位置，时期两个管道之间的距离为事先设定好的距离；

s4：启动自动控制，自动对齐两焊接管道。

两根管道的对接过程是，两根管道抬起一致高度即在坐标中的y轴有一致的坐标，并在z轴上也有一致的坐标，接下来管道在x轴上移动，开始接近，为了方便表达我们以坐标的形式表述。

s10：y轴设定值是一个相对平台基座高度的值即绝对高度与平台高度的差值(基座坐标系)，即y轴的坐标原点就是平台基座高度。为了表述一致我们以后提到y方向的控制就是这个相对高度。

z轴和x轴的设定值也是一个相对值，坐标的原点就是平台基座。

固定臂c关节的坐标就是管道被抬起的坐标，我们这里用c(x,y,z)来表示，通过原理的分析，

c(x,y,z)＝f(a(x,y,z)+b(y,z))

通过整体的控制策略我们是先将管道抬起，在已定位置，再在x方向上移动，如果这样的话上述公式会简化为，

c(y,z)＝f(a(y,z)+b(y,z))

由于机械手臂和电机控制是以角度为坐标的，所以我们把上述问题整理一下，

c(r,θ)＝f(a(r1,θ1)+b(r2,θ2)

上述问题就是一个两关节机械手臂的控制问题，在这里不在过多详述。我们讨论一下我们这个被控对象的特殊性，就是每一次抓起和移动的的管道的长度和直径都不是相同的，而且还有可能两个固定手臂抓起和移动的管道也不是相同长度的，这就带来一个问题，对于电机而言就是负载每一次都是不同的。这就带来了一个问题，一套pid控制参数可能无法满足控制要求。针对这样一个问题，我们先来分析一下电机控制的传递函数。

s20：ra，la分别为励磁电路的电阻和电感；j，b分别为电路和负载折算到电动机轴上的等效转动惯量和粘性阻尼系数，ia为电枢电流，tn为负载。

直流电动机的数学模型

由控制输入电压ei(t)，系统的动态方程为：

电枢电压方程：

电动机扭矩方程：tm＝ktia(t)；

扭矩平衡方程：

电动机的反电动势正比于转速：

将上面动态方程进行拉普拉斯变换得到，

(las+ra)ia(s)＝ei(s)-eb(s)；

tm(s)＝ktia(s)；

(js²+bs)θ(s)＝tm(s)-tn(s)；

eb(s)＝kbsθ(s)；

根据上述拉普拉斯变换，我们得到传递函数，

从图3中我们可以看出负载tn(s)是扰动。从这个扰动我们可以看出扰动的增大会对降低电机转速，应用一套pid控制参数很难保证很好的控制效果。针对这样的问题，我们给出了一个控制方案。

就是去在启动自动控制之前对扰动进行补偿。为了去补偿这个扰动，我们就要在固定机械手臂的关节c增加称重传感器。

这样可以在每次启动自动控制前就可以根据扰动量的大小来调整pid参数。

以下我们给出基本的控制方法：

s21:固定式机械手臂抓起带对接管道；

s22：称重管道重量w；

s23：将重量w与预设定重量w进行对比；

s24：根据w/w的对比值调整pid参数中的p值。

接下来我们再来看看x轴方向的控制。根据我们被控对象的需求，我们是希望两根管道水平移动并对接，所以在x轴我们不采用旋转的结构，而是采用可以水平移动的结构，如图2所示，由于每一次固定机械手臂抓起管道的位置不同，导致两个管道距离多远是一个不确定值。从示意图我们可以看出l这个值是不确定的。在控制的角度去理解这个问题就是设定值时不确定的。为了解决这个问题我们要在焊接平台上，加设红外限位开关，如图2所示，两个管道之间的距离为事先设定好的距离，在焊接平台上加设至少2组限位开关，p1为、p2为两个对接的管道，sq1、sq2为一组限位开关，设置于焊接平台上在管道p1侧，sq3、sq4为另一组限位开关，设置于焊接平台上在管道p2侧，如图2可以看出我们增加了4个限位开关用于标定两个管道之间的距离，以下我们给出控制策略：

s31：固定式机械手臂1抓起带对接管道p1；

s32：固定式机械手臂1匀速将管道p1移动到限位开关sq1；

s33：由于sq1与sq2之间的距离是可以得到的，所在这里开启自动控制，由于我们要求控制精度比较高我们还是采用pid控制方案而不是采用速度较快的pd控制；

s34：管道p1移动到sq2停止移动；

s35：固定式机械手臂2抓起带对接管道p2；

s36：固定式机械手臂2匀速将管道p2移动到限位开关sq3；

s37：为了进一步提高控制精度开启自动控制，将管道p2移动到限位开关sq4；

s38：由于sq1与sq2之间的距离是可以得到的，并更为精确，启自动控制，将管道p2移动到限位开关sq2；

s39：管道对接完成。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。