(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210426375.9 (22)申请日 2022.04.21 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 刘雪梅　曾氢菲　冯焱　谢楠　 徐立云　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 杨宏泰 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B23K 26/70(2014.01) B23K 26/21(2014.01) (54)发明名称 一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同 控制方法 (57)摘要 本发明涉及一种多臂双光束激光焊接机器 人双层协同控制方法， 包括以下步骤： 1)构建多 臂双光束激光焊接机械臂末端位姿误差模型， 并 据此获得误差分配系数； 2)基于任务空间的分层 规划， 联合无模型PID方法与基于模型的末端误 差补偿方法， 并引入误差分配系数， 进行多臂双 光束激光焊接机器人的双层反馈控制， 完成误差 补偿， 实现多臂双光束激光焊接机器人的协同控 制。 与现有 技术相比， 本发明具有适用性强、 速度 快、 精度高、 应用性 好等优点。 权利要求书2页 说明书7页 附图11页 CN 114888793 A 2022.08.12 CN 114888793 A 1.一种多臂双光束激光焊接 机器人双 层协同控制方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)构建多臂双光束激光焊接 机械臂末端位姿误差模型， 并据此获得误差分配系数； 2)基于任务空间的分层规划， 联合无模型PID方法与基于模型的末端误差补偿方法， 并 引入误差 分配系数， 进 行多臂双光束激光焊接机器人的双层反馈控制， 完成误差补偿， 实现 多臂双光束激光焊接 机器人的协同控制。 2.根据权利要求1所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的步骤1)中， 多臂双光束激光焊接机器人由三向移动桁架、 安装在 桁架竖直方向 伸缩轴左右两侧的两条6轴焊接机械臂以及安装在桁架竖直方向伸缩轴中部的一条3轴按 压机械臂组成。 3.根据权利要求2所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 多臂双光束激光焊接 机器人系统满足以下 条件： (1)系统整体为桁架式结构， 拥有包括移动与转动在内的多个自由度； (2)拥有两条焊接用机 械臂和一条按压用机 械臂； (3)两条焊接 机械臂呈一定角度分开布置 于桁架竖直方向伸缩轴左右两侧。 4.根据权利要求2所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的步骤1)具体包括以下步骤： 11)建立多臂双光束激光焊接 机械臂末端位姿误差模型， 则有： 其中， Ti为第i条机械臂末端执行器的位姿矩阵， TiE为机器人关节在有误差时末端位姿 矩阵， TiO为机器人关节在无误差时末端位姿矩阵， Pi为第i条机械臂末端 执行器在基坐标系 下的位置 矢量， 且Pi＝[xi,yi,zi]， Ri为第i条机 械臂末端执 行器在基坐标系下的姿态矢量； 12)获取多臂双光束激光焊接机器人的机械臂末端在焊接作业过程中的历史位置误差 数据， 包括在每个时间节点N时刻机械臂末端执行器在基坐标系下X轴、 Y轴、 Z轴方向上的位 置误差， 并统计对应的误差平均值， 则有： 其中， Nmax为整个焊接作业过程的最大时间节点数， 分别为第i条机械 臂第j个关节误差造成该条机械臂末端执行器的在基坐标系下X轴、 Y轴、 Z轴 方向上的位置 误差， 分别为对应的误差平均值； 13)根据误差平均值进行排序筛选后确定对应的误差分配系数 i＝1,2,3， j＝1,2,权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114888793 A 23,4,5,6， l代 表X轴， Y轴， Z轴方向。 5.根据权利要求4所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的步骤13)具体包括以下步骤： 131)对于所有的误差平均值， 剔除对机械臂末端执行器位置没有影响的关节对应的 值， 即选择误差平均值 为0的值并剔除； 132)对于剔除后剩余误差平均值， 按照 机械臂号分别构建三个集合λ1、 λ2、 λ3； 每个集合 中的元素值分别为对应机 械臂误差平均值的绝对值； 133)分别对每个集合中的元素由小到大排序， 并选择前三个最小 的绝对值， 并确定其 对应的机 械臂号i、 关节号j以及轴向号 l； 134)根据机 械臂号i、 关节号j以及轴向号 l确定对应的误差分配系数 6.根据权利要求5所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的步骤134)中， 误差分配系数 的取值范围为[ ‑0.1,0.1]。 7.根据权利要求5所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的步骤134)中， 步骤131)中剔除的误差平均值为0以及步骤133)中非前三个最小 的绝对值对应的误差分配系数均设定值 为0或不设置 。 8.根据权利要求4所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的步骤2)中， 多臂双光束激光焊接机器人的双层反馈控制包括控制关节运动位 置的PID内环以及引入误差分配系数对内环进行补偿的外环。 9.根据权利要求8所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的外环将 焊接轨迹与机械臂末端 执行器在X轴、 Y轴和Z轴方向上的位置之间的差 值分别乘以误差分配系数后补偿到内环， 以修 正内环的输出误差， 生成关节控制力和力矩。 10.根据权利要求9所述的一种多臂双光束激光焊接机器人双层协同控制方法， 其特征 在于， 所述的双 层反馈控制的控制器输入的偏差信号 ε ″ij(t)的表达式为： 其中， Δpi(t)为焊接轨迹与机械臂末端执行器位置之间的差值， εij(t)为机器人关节 误差， 为理想关节位置， θij(t)为实际关节位置 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114888793 A 3