[发明专利]一种双侧搅拌摩擦焊接装备的主从镜像同步运动控制方法

说明书

本发明公开了一种双侧搅拌摩擦焊接装备的主从镜像同步运动控制方法，设置主从两套搅拌摩擦焊接设备，分别为主焊接机器人和从焊接机器人；主、从焊接机器人分别在薄壁工件两侧同步对薄壁零件进行搅拌摩擦焊接，使主、从焊接机器人的焊头相对薄壁工件镜像运动。本发明采用双侧搅拌摩擦焊接装备，并进行了双侧搅拌摩擦焊接装备的运动学建模与标定，通过主、从焊接机器人镜像同步运动约束条件，实现了双侧搅拌摩擦焊接装备的主从镜像同步运动，能够有效的解决薄壁零件搅拌摩擦焊接过程变形的问题；精度高、灵活性好、适用范围广。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，特别涉及一种双侧搅拌摩擦焊接装备的主从镜像同步运动控制方法。

背景技术

目前，大型薄壁铝合金零件在航天器舱体、火箭燃料储箱、飞机机身等设备中广泛使用，这些零件的焊接通常采用气焊、弧焊等传统焊接方法，存在焊接质量差和有弧光、烟尘污染等方面的问题。搅拌摩擦焊接作为一种新兴的焊接技术，能耗低、污染小，焊接质量优良，非常适合薄壁铝合金零件的焊接。但是对于大型薄壁零件，搅拌摩擦焊接过程中产生的较大的顶锻力极易导致零件变形，进而产生未焊透缺陷等焊接质量问题。

为解决上述问题，近年来出现了一些解决薄壁零件搅拌摩擦焊接过程变形的方法。例如，专利CN111872543A中设计了一种贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接内撑装置，其特点是为薄壁零件设计支撑装置以减小搅拌摩擦焊接过程中的变形，但是这种支撑装置是专用设备，无法应用在其它零件的搅拌摩擦焊接过程。专利CN109967856A提出了一种通过磁力实现背部随动支撑的搅拌摩擦焊接方法，其特点是通过电磁装置同步驱动支撑体跟随焊接设备运动以减小搅拌摩擦焊接过程中的变形，但是由于磁力强度不足等问题，这种随动支撑同步性差、支撑能力弱，无法良好的解决薄壁零件搅拌摩擦焊接问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种双侧搅拌摩擦焊接装备的主从镜像同步运动控制方法，能够实现双侧搅拌摩擦焊接装备的主从镜像同步运动，以解决薄壁零件搅拌摩擦焊接过程变形的问题。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种双侧搅拌摩擦焊接装备的主从镜像同步运动控制方法，设置主从两套搅拌摩擦焊接设备，分别为主焊接机器人和从焊接机器人；主、从焊接机器人分别在薄壁工件两侧同步对薄壁零件进行搅拌摩擦焊接，使主、从焊接机器人的焊头相对薄壁工件镜像移动。

进一步地，设主焊接机器人的焊头为焊头A，设从焊接机器人的焊头为焊头B；分别对主、从焊接机器人进行运动学建模及坐标系标定，确定主、从焊接机器人镜像同步运动的约束条件；在线监测焊头A和焊头B的实际运动轨迹与理论运动轨迹间的误差，依据镜像同步运动约束条件，同步对焊头A和焊头B的运动轨迹误差进行补偿。

进一步地，包括如下步骤：

步骤1：对主、从焊接机器人进行坐标系的建立与标定，坐标系包括两者的基座标系、末端法兰坐标系、工具坐标系以及工件坐标系；

步骤2：建立主、从焊接机器人的运动学模型；

步骤3：重构工件的几何模型，并离线生成主焊接机器人的理论焊接轨迹；

步骤4：根据焊头A和焊头B的镜像同步运动约束关系，得到从焊接机器人工具坐标系相对于主焊接机器人工具坐标系的齐次变换矩阵，并得到主、从焊接机器人镜像同步运动的约束条件；

步骤5：由主焊接机器人的理论焊接轨迹，和主、从焊接机器人镜像同步运动的约束条件，在线生成从焊接机器人的理论焊接轨迹；

步骤6：将主、从焊接机器人理论焊接轨迹对应输入给主、从焊接机器人；由主、从焊接机器人的法兰坐标系相对基座标系的齐次变换矩阵，得到焊头A、B在基座标系中的位姿矢量，经逆运动学求解后发给驱动器，驱动主、从焊接机器人关节平移运动；