[发明专利]一种电弧增材与冲击强化复合制造装置的协同控制方法

权利要求书

1.一种电弧增材与冲击强化复合制造装置的协同控制方法，所述电弧增材与冲击强化复合制造装置包括电弧增材机器人、超声冲击机器人、双轴转台、上位机和高温红外测温仪，电弧增材机器人和超声冲击机器人分别位于双轴转台的两侧；电弧增材机器人包括固定在六轴工业机器人末端的焊枪和送丝机，焊枪对送丝机递送的焊丝进行加热熔化以完成工件打印；超声冲击机器人包括固定在六轴工业机器人末端的气动柔性夹具和用气动柔性夹具固定的超声冲击枪；双轴转台上设置有基板，用于承载打印工件，高温红外测温仪位于双轴转台上方，用于获取打印工件的实时温度；电弧增材机器人的控制柜与超声冲击机器人的控制柜接入交换机后与上位机连接，焊枪和送丝机的控制柜与电弧增材机器人的控制柜连接，双轴转台与电弧增材机器人的控制柜进行通讯，超声冲击枪的控制器与超声冲击机器人控制柜的I/O端口连接，高温红外测温仪与上位机连接；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将基板放置在双轴转台台面上，通过定位夹具确定基板打印位置，通过固定夹具固定基板以减小基板因局部受热带来的形变；

步骤2：在上位机中对电弧增材机器人和超声冲击机器人的协同运动路径进行规划，并将规划生成的运动路径分别导入电弧增材机器人和超声冲击机器人的控制柜中；

步骤3：启动电弧增材机器人和超声冲击机器人并将其工作模式设置为自动模式，开始工件打印任务；

步骤4：电弧增材机器人开启工件第一层的打印，高温红外测温仪采集打印工件的实时温度并上传到上位机，若温度未达到设定阈值则由上位机发送超声冲击指令，由超声冲击机器人对打印工件进行冲击强化；

步骤5：工件打印到第N层后，打印工件的温度超过设定阈值时由上位机向超声冲击机器人发送暂停超声冲击指令，待打印工件的温度冷却到一定温度后，再由上位机发送超声冲击指令，并根据打印工件的实时温度对工件的第N层进行冲击强化；

步骤6：逐层打印并强化工件，直至工件制造完成。

2.如权利要求1所述的协同控制方法，其特征在于，所述步骤2中，将电弧增材机器人和超声冲击机器人的基坐标、打印工件的数学模型导入上位机中用于生成运动路径；采用单位四元数标定法对电弧增材机器人和超声冲击机器人的基坐标间的转化关系进行标定，同时使用激光跟踪仪建立双机器人基坐标系并验证单位四元数的位置精度。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，为保证焊枪与超声冲击枪的姿态不变，其运动约束方程为：

其中，R₁和R₂分别表示电弧增材机器人和超声冲击机器人的基坐标系，E₁和E₂分别表示电弧增材机器人和超声冲击机器人末端的坐标系，T₁和T₂分别表示焊枪与超声冲击枪的坐标系，为超声冲击机器人基坐标系相对于电弧增材机器人基坐标系的位姿变换矩阵，为焊枪与超声冲击枪的相对位姿变换矩阵，分别为焊枪与超声冲击枪的位姿矩阵，和分别为两台机器人末端相对于各自基坐标系的位姿变换矩阵；当双机器人运动时，根据焊枪运动轨迹计算求得超声冲击枪运动轨迹

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4中，焊枪与超声冲击枪的实时坐标被上传到上位机中，上位机根据接收的坐标信息进行防撞判断，具体步骤为：

S1、采用胶囊体对焊枪与超声冲击枪进行简化；

S2、将焊枪与超声冲击枪的实时坐标统一到同一坐标系下；

S3、计算焊枪与超声冲击枪对应的胶囊体中心线段距离，若该距离大于或等于两个胶囊体的半径之和，则表示焊枪与超声冲击枪即将碰撞，停止工件打印任务。