清华大学学报(自然科学版)

作者：冯消冰, 郑军, 杨尚贤, 潘百蛙

单位：1. 清华大学 机械工程系, 北京 100084,2. 北京博清科技有限公司, 北京 100176

关键词：大型结构件,弧面焊缝,爬行机器人,单激光传感器,双向自动跟踪

精准的焊缝识别与自动跟踪控制是保证机器人焊接质量及作业效率的基础。为实现大型结构件弧面焊缝的高效自动化跟踪焊接, 该文提出一种基于单激光传感器的爬行机器人双向自动跟踪技术和自适应权重的焊枪级联控制方法。针对爬行机器人建立运动学模型, 分析了激光系统与焊缝的距离偏差预估方法和机器人与焊缝夹角修正方法, 通过动态调整爬行机器人本体与焊缝的位置关系实现爬行机器人沿焊缝双向自动跟踪。基于焊接工艺参数和焊缝位置信息确定焊枪姿态和末端位置, 通过执行机构的逆运动学模型求解得到焊枪传动关节的运动位移值, 并基于运动位移值调整关节电机对焊枪位置进行实时校正。仿真分析了激光系统与机器人本体中心距离对直线焊缝路径跟踪的影响, 发现该距离在0.35~0.5 m之间能够兼顾激光系统和机器人本体中心快速跟踪焊缝。初始距离偏差对激光系统与焊缝的距离偏差影响较小, 但对机器人与焊缝的夹角偏差影响较大。分析了后退控制的系统稳定条件, 并在5G和6G焊接位置开展机器人沿焊缝的双向跟踪性能测试, 得到跟踪过程的激光系统与焊缝距离偏差值曲线以及机器人与焊缝夹角曲线, 证明了控制系统的有效性。通过对执行机构进行运动学仿真, 验证了焊枪定位的准确性。

来源：2025年第5期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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