تحليل كنترلي يك مكانيزم كمكي براي رديابي مسير درزهاي صفحه اي در جوشكاري رباتيك

Control Analysis of an Auxiliary Mechanism for Trajectory Tracking of Planar Seams in Robotic Welding

امروزه نياز صنعت جوشكاري، به ارتقاي كيفيت جوش سبب شده است تا جوشكاري رباتيك مورد توجه قرار گيرد. به كارگيري ربات هاي صنعتي مفصلي براي جوشكاري، چالش هاي فراواني را به همراه دارد، چرا كه برخي از ربات ها قابليت جبران خطاي رديابي مسير درز را به صورت برخط ندارند. بنابراين براي اصلاح خطاي پيمايش درز جوشكاري، در اين مقاله استفاده از يك مكانيزم كمكي پيشنهاد مي شود. اين مكانيزم يك ميز يك درجه آزادي است كه مي تواند حركت پيوسته اي در قطعه كار زير مشعل جوشكاري ايجاد نمايد. حركت دوراني موتور مكانيزم به وسيله يك سيستم بال اسكرو به يك حركت انتقالي قطعه كار تبديل مي شود كه اين حركت خطي خطاي رديابي را جبران مي كند. از آنجايي كه در فرآيند جوشكاري دقت حركت نسبي قطعه كار و مشعل جوشكاري اهميت زيادي دارد، كنترل مناسب ميز واسط كيفيت جوش حاصل را تضمين مي كند. در اين مقاله، دو روش مختلف براي كنترل ميز يك درجه آزادي بررسي مي شود. در روش اول، با توجه به پيچيدگي مدل اصطكاك مكانيزم بال اسكرو و حضور ترم هاي غيرخطي، اين بخش از مدل به عنوان اغتشاش خارجي در نظر گرفته مي شود و سپس يك كنترل كننده PID براي قسمت خطي آن طراحي مي شود. در روش دوم، موسوم به خطي سازي پسخورد، يك قانون كنترل به گونه اي طراحي مي شود كه خطاي رديابي مسير، با گذر زمان به صفر ميل كند. بررسي نتايج به دست آمده از شبيه سازي نشان دهنده برتري نسبي دقت روش دوم كنترلي نسبت به روش اول بوده، در حالي كه خطاي كنترل كننده PID 3ميلي متر و خطاي كنترل كننده دوم 0. 5ميلي متر است. در انتها مجموعه عملي مورد استفاده در جوشكاري رباتيك براي ارزيابي نتايج معرفي مي شود.

Nowadays, the need of welding industry’s to improve weld quality has led to the consideration of robotic welding. The use of articulated industrial robots for welding has many challenges. Because some robots do not have the capability of online error compensating of the seam track. Therefore, in order to remove the welding seam tracking error, the use of an auxiliary mechanism is proposed in this article. This mechanism is a table with 1-degree of freedom (dof), which produces a continuous motion in workpiece under the welding torch. The rotational motion of the motor is transformed into a translational motion of the workpiece by a ball-screw system, where this linear motion compensates the tracking error. Since in the welding process, relative motion accuracy of the workpiece and the welding torch is crucial, proper control of the interface table ensures the weld quality. In this paper, two different methods for controlling the table with 1-dof are studied. In the first method, due to the complexity of friction model of the ball-screw mechanism and the presence of nonlinear terms, this part of the model is considered as an external disturbance, and, then, a PID controller for the linear part is designed. In the second method, known as feedback linearization, a control law is designed for that the tracking error tends to zero by passing time. Throught a comparison between the simulation results, the second control method demonstrates better precision relating the first controller. While the error of PID controller equals to 3 mm and the second controller’s error does not go beyond 0.5 mm. At last, the experimental cell used for the robotic welding is introduced to evaluate the mentioned results.