[發明專利]用于極限環境管道維修的宏-微機器人遙控焊接方法

無效

• 申請號: 201110023772.3
• 申請日: 2011-01-21
• 公開（公告）號: CN102151948A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 李海超;高洪明;杜愛國;陳洪堂;張廣軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K9/12
• 分類號: B23K9/12;B23K9/10
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;張愛蓮

技術領域

本發明涉及遙控焊接領域，具體而言，涉及一種用于極限環境管道維修的宏-微機器人遙控焊接方法。

背景技術

目前，核電以其清潔環保，高效節能的特點成為我國大力發展的新能源形式。核電站運行過程的維護工作中，管道裂紋檢測和焊接修復是主要任務，但是在這種人無法進入的極限環境中，只能采用遙控焊接的方式。

遙控焊接是指人在離開現場的安全環境中根據從現場發來的各種傳感信息對焊接設備和焊接過程進行遠程監視和控制，從而完成完整的焊接操作。目前大部分方案是針對特定任務開發專用設備和系統，或者使用機器人攜帶管道全位置焊接機構，但這些設備和系統不但開發周期長、成本高，而且僅限于所針對的特定維修任務。機器人攜帶全位置管道焊接機構的智能化程度不高，不能有效控制焊接質量，機器人末端持重易超標，不適用于復雜環境的管道維修任務。因此，開發一種結構簡單、輕便、靈活的遙控焊接系統，并使其具有較高的智能化程度，以適應復雜環境和進行焊接質量控制，對解決核環境管道焊接維修任務很有必要。

發明內容

本發明提供一種宏-微機器人遙控焊接方法，用以完成復雜環境的管道維修任務，其包括以下內容：首先參考全位置管道焊接設備特點，開發了具有重量輕、易抓取、操作靈活特點的微機器人，可以實現對焊接路徑的準確控制。通過工具轉換接口和氣動夾緊模塊完成宏機器人與微機器人的快速連接。另外在系統中增加了弧長調節控制系統，提高了焊接質量。在宏機器人與微機器人之間加入了六維力覺傳感器，構成宏-微機器人系統，使系統具有主動柔順性。執行管道裝配任務過程中，通過微機器人重力補償與人機共享的管道裝配策略，來完成自主的管道抓取和裝配。在實現焊接弧長控制、工具重力補償、管道裝配策略的基礎上，實現了這種用宏-微結構的機器人通過遙操作進行管道遙控焊接的技術。

較佳的，上述的微機器人具有3個自由度，可通過編程控制，分別由三個步進電機控制機器人的周向、橫向、徑向運動。電機的步距角為1.8°，驅動器可以提供2到200的細分數，從而達到較高的控制精度。該微機器人功能上具備全自動化裝卸，焊接速度可調、焊接順序和焊接位置可控。

較佳的，上述的弧長控制系統主要由一臺工控機、數據采集卡、PC-6501D光隔離脈沖計數定時接口卡等組成。利用數據采集卡實時采集電弧電壓，然后通過計算機VC++編程根據電弧電壓提供驅動器的信號，按照需要輸出一定頻率的脈沖信號CP，方向信號DIR以及使能信號EN，進而實現對步進電機的啟動、停止以及速度，從而控制弧長。

較佳的，上述的管道裝配策略是通過人機共享控制算法實現的，人機共享控制技術包括自主控制系統、直接控制系統及直接控制和自主控制的融合算法，本發明所用的自主控制系統是基于六維力/力矩傳感器的自主控制系統，直接控制系統是基于手動操縱桿的直接控制系統，實現共享控制的融合算法是控制權分配算法。控制權分配算法是指根據力覺傳感器測量到的實際接觸力的大小和形式，由中央控制器做出決策，將控制權交給人進行直接控制或交給機器人進行自主調整。

在上述實施例中，根據全位置管道焊接設備特點，開發了具有重量輕、易抓取、操作靈活特點的微機器人，可以實現對焊接路徑的準確控制。通過人機共享控制策略完成了替換用新管的抓取和焊前管道裝配。另外在系統中增加了弧長調節控制器，提高了焊接質量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一個實施例的遙控焊接方法流程圖；

圖2為采用人機共享控制模式進行管道裝配與手動遙操作進行管道裝配消耗時間對比圖；

圖3為宏-微機器人遙控焊接系統示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

圖1為本發明一個實施例的遙控焊接方法流程圖。如圖1所示，其包括以下步驟：

S102，通過本地端的操縱桿遙控遠端的宏機器人接近微機器人，通過快速連接接口使宏機器人與微機器人自主連接為宏-微機器人；