一种点焊精准控制系统

本发明涉及一种，尤其涉及一种点焊精准控制系统。

背景技术：

1、在现代制造业中，高效、精准的加工工艺对于提高生产效率和产品质量至关重要。点焊是一种常见的连接工艺，而在点焊过程中，精准的工件定位和角度控制对焊接质量至关重要。传统的焊接过程可能受限于人工操作和单一维度的运动控制，导致难以实现高精度的焊接操作。同时，对于需要多个步骤的工件加工，例如需要旋转或翻转的工件，操作复杂性进一步增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种点焊精准控制系统。该系统涵盖了电焊机焊接头、工件夹持臂、工件翻转驱动机构等多个关键组件，以及相应的控制算法。通过精准的电机控制、逆向运动学算法以及闭环反馈机制，致力于实现高精度、高效的焊接操作，提升制造工艺水平。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明包括人机交互单元、控制器、传感器、执行器，所述人机交互单元提供操作员输入焊接参数、工件信息、加工顺序以及监控系统状态；所述控制器执行整个控制逻辑，包括位置和角度的控制，电机控制，姿态控制；所述传感器用于实时采集系统状态信息，包括电机角度、位置、姿态；所述执行器控制电焊机焊接头、工件夹持臂、工件翻转驱动机构的运动；

4、所述点焊精准控制系统的控制方法包括以下步骤：

5、s1：初始化：系统启动时，进行传感器和执行器的初始化，设定初始参数；

6、s2：用户输入：操作员通过人机交互单元输入焊接参数、工件信息；

7、s3：电焊机焊接头控制：控制器根据人机交互单元输入的焊接位置和角度，计算电焊机焊接头的目标位置和角度；

8、s4：使用逆向运动学算法计算电焊机焊接头关节角度，控制电焊机机械臂使电焊机焊接头移动到目标位置和角度；

9、s5：工件夹持臂控制：根据人机交互单元输入的工件夹持臂位置和角度，计算目标关节角度；

10、s6：使用逆向运动学算法计算关节角度，控制工件台水平旋转驱动机构3、工装竖向翻转驱动机构4、工件翻转驱动机构6，使工件夹持臂(5)移动到目标位置和角度；

11、s7：工件翻转驱动机构控制：根据人机交互单元输入的翻转角度，计算工件翻转驱动机构的目标角度，使用电机控制算法，驱动工件翻转驱动机构旋转，实现工件翻转；

12、s8：电机控制：根据传感器反馈，计算电机控制信号；使用pid控制算法，计算电机驱动信号，将计算得到的控制信号转化为实际的电机驱动信号；

13、s9：实时反馈与调整：传感器实时采集电机角度、位置、姿态信息，根据实际反馈信息，对控制算法进行实时调整和修正，维持系统稳定和精确。

14、所述步骤s4的逆向运动学算法为：

15、s41：定义符号：为机械臂建立坐标系，设机械臂有n个关节，关节角度分别为q1,q2,...,qn；焊接头的位置为(x,y,z)，目标焊接角度为(θx,θy,θz)；

16、s42：建立正向运动学模型：根据机械臂的几何运动学参数，建立正向运动学模型，将关节角度映射到电焊机焊接头的位置和姿态；

17、s43：逆向运动学求解：根据正向运动学模型的逆，从给定的电焊机焊接头位置和姿态反推出关节角度；对于位置逆运动学，使用平方根雅可比转置方法：

18、

19、

20、

21、δq＝j^t*δx

22、q_new＝q_current+δq

23、其中，j是雅可比矩阵，δq是关节角度的变化量，δx是末端执行器位置的变化量；

24、s44：迭代求解：通过迭代计算，不断调整关节角度，使得电焊机焊接头的位置和姿态逐渐接近目标位置和角度。

25、所述步骤s7的电机控制算法包括以下步骤：

26、s71：定义符号：设电机控制中涉及的符号包括：

27、θ:电机的角度

28、θ_desired:期望的电机角度

29、kp,ki,kd:比例、积分和微分控制器的增益

30、error:当前电机角度误差(θ_desired-θ)

31、integral:积分项，用于积分控制

32、derivative:微分项，用于微分控制

33、control_signal:控制信号，即电机驱动信号

34、s72：pid控制算法：使用pid控制器调节电机角度，使其接近期望的角度；

35、error＝θ_desired-θ

36、integral＝integral+error

37、derivative＝error-previous_error

38、control_signal＝kp*error+ki*integral+kd*derivative

39、其中，kp、ki和kd是pid控制器的增益；

40、s73：控制信号转换：将计算得到的控制信号转换为实际的电机驱动信号；。

41、s74：实时更新控制指令：在系统的控制循环中，不断计算更新控制指令，以实现电机的闭环控制。

42、本发明的有益效果是：

43、本发明是一种点焊精准控制系统，与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

44、高精度焊接操作：本发明的系统通过逆向运动学算法，将用户输入的焊接位置和角度转化为电机关节运动指令，实现高精度的电焊机焊接头定位。这确保了焊接点的精准位置，提升了焊接质量。

45、多维度运动控制：通过逆向运动学算法，本发明不仅实现了位置的控制，还实现了工件夹持臂和工件翻转驱动机构的多维度控制。这使得工件在不同维度上的移动、旋转和翻转操作成为可能，从而满足复杂焊接需求。

46、闭环反馈优化：本发明的系统采用传感器实时反馈机制，持续监测电机角度、位置和姿态等信息。这使得本发明能够实时调整控制算法，以应对外部干扰或系统偏差，确保焊接过程的稳定性和精确性。

47、提升生产效率：通过自动化的多维度控制和闭环反馈机制，本发明的系统能够在更短的时间内完成复杂的焊接操作。这将大大提高生产效率，减少人工干预所需的时间。

48、多工件同时或依次加工：本发明的系统设计允许多组工件夹持臂并行操作，实现多个待加工工件同时或依次加工。这在批量生产中具有重要意义，进一步提升了生产效率。

49、综上所述，本发明的点焊精准控制系统不仅改善了传统焊接工艺的局限性，还提供了高精度、高效率的解决方案，将为制造业带来显著的技术效益和竞争优势。

技术特征：

1.一种点焊精准控制系统，其特征在于：包括人机交互单元、控制器、传感器、执行器，所述人机交互单元提供操作员输入焊接参数、工件信息、加工顺序以及监控系统状态；所述控制器执行整个控制逻辑，包括位置和角度的控制，电机控制，姿态控制；所述传感器用于实时采集系统状态信息，包括电机角度、位置、姿态；所述执行器控制电焊机焊接头、工件夹持臂、工件翻转驱动机构的运动；

2.根据权利要求1所述的点焊精准控制系统，其特征在于：所述步骤s4的逆向运动学算法为：

3.根据权利要求1所述的点焊精准控制系统，其特征在于：所述步骤s7的电机控制算法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种点焊精准控制系统，包括人机交互单元、控制器、传感器、执行器，所述人机交互单元提供操作员输入焊接参数、工件信息、加工顺序以及监控系统状态；所述控制器执行整个控制逻辑，包括位置和角度的控制，电机控制，姿态控制；所述传感器用于实时采集系统状态信息，包括电机角度、位置、姿态；所述执行器控制电焊机焊接头、工件夹持臂、工件翻转驱动机构的运动；本发明的点焊精准控制系统不仅改善了传统焊接工艺的局限性，还提供了高精度、高效率的解决方案，将为制造业带来显著的技术效益和竞争优势。

技术研发人员：蒋德平,姚宗湘,李峰,尹立孟,王刚,周杨,张焱,刘俊,苟毅
受保护的技术使用者：重庆科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15