[发明专利]机器人搅拌摩擦焊在线力位混合控制系统

权利要求书

1.一种机器人搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，包括机器人本体、专用电主轴、六维力传感器、点激光传感器、搅拌针、变位机或固定平台；其中，六维力传感器安装在机器人末端法兰盘与专用电主轴之间，实时测量搅拌头的末端受力，并转换到机器人工具坐标系中；点激光传感器安装在专用电主轴下方，测量搅拌轴肩与焊接工件的高度差；焊接工件放置在变位机或者固定平台上；机器人搅拌摩擦焊接系统共包括三种模式，分别是恒压力控制模式、恒位移控制模式和力位混合控制模式；恒压力控制模式采用六维力传感器实时监测搅拌头受力，当搅拌轴肩与焊接板材充分接触时，该受力恒定，搅拌针按照预定轨迹运动并进行实时调整完成焊接；恒位移控制模式采用点激光传感器实时监测末端位置与焊接板材的高度差，促使焊接深度一致，搅拌针按照预定轨迹运动并进行实时调整；力位混合控制采用六维力传感器实时监测搅拌头受力，采用点激光传感器实时监测末端位置距离焊接板材的高度差，建立力与位置之间的控制算法，得出末端位置偏差量ΔZ₁，点激光传感器得出末端位置偏差量ΔZ₂，在PC中建立系数公式ΔZ＝a×ΔZ₁+b×ΔZ₂，并将ΔZ实时传递给控制器进行实时调整，实现力位混合控制。

2.如权利要求1所述机器人搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，所述采用恒压力控制模式，六维力传感器接收搅拌头末端受力进行反馈，控制器完成插补运动实现搅拌针与焊接工件的接触力恒定，步骤如下：

选定恒压力控制模式，打开六维力传感器并进行实时数据采集。

设定恒压力阈值；

规划焊接路径，运动到焊接起点并沿轨迹运动；

当搅拌针未与焊接工件接触时，力控制器模块不被激活，机器人沿着轨迹进行运动；当搅拌针与工件接触时，六维力传感器采集到末端受力，力控制器模块被激活，机器人在原本运动轨迹上插补相应的运动，当达到恒压力阈值时，开始进行焊接。开始搅拌摩擦焊接后，利用六维力传感器的力反馈实时微调末端位移，实现恒压力控制。

3.如权利要求1所述机器人搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，采用恒位移控制模式，点激光传感器接收搅拌轴肩与焊接工件表面的高度差，控制器完成实时插补运动实现搅拌轴肩与焊接工件表面的位置恒定，步骤如下：

选定恒位移控制模式，打开点激光传感器并进行实时数据采集；

设定恒位移阈值；

规划焊接路径，运动到焊接起点并沿轨迹运动；

当搅拌轴肩未与焊接工件表面充分接触时，一直进行反馈循环，直至搅拌轴肩与焊接工件表面充分接触，达到相应的阈值，此时开始焊接；开始搅拌摩擦焊接后，利用点激光传感器的位置反馈实时微调末端位移，实现恒位移控制。

4.如权利要求1所述机器人搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，采用力位混合控制模式，六维力传感器与点激光传感器同时接收搅拌头末端受力与搅拌轴肩与焊接表面的高度差，在PC中处理信息并根据相应的系数输出实时插补量，控制器完成实时插补实现力位混合控制，步骤如下：

选定力位混合控制模式，打开六维力传感器与点激光传感器并进行实时数据采集；

设定压力阈值、位置阈值、a和b的系数；

规划焊接路径，运动到焊接起点并沿轨迹运动；

当搅拌轴肩未与焊接工件表面充分接触时，一直进行反馈循环，直至搅拌轴肩与焊接工件表面充分接触，达到相应的阈值，此时开始焊接；

开始搅拌摩擦焊接后，利用六维力传感器设定的阈值得出ΔZ₁，利用点激光传感器的位置反馈得到ΔZ₂，在PC中利用AI决策并根据系数值输出ΔZ，控制器实时微调末端位移，实现力位混合控制。