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底座 焊接 总成 夹具 设计 说明书 CAD

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7 2 CHI N A WE L DI NG V o 1 1 7 No 3 S e p t e mb e r 2 0 0 8 M ul t i mo d a l hu ma n ma c h i n e i n t e r f a c e o f a t e l e r o b o t i c s ys t e m f or r e m o t e a r c we l di ng 一 L i H a ic h a o ， G a o H o n g mi n g ，Wu L i n a n d Z h a n g G u a n g j u n 李海超 ， 高洪 明，吴林 ， 张广军 A b s t r a c t I n t e l e r o b o t i c s t e mf o r r e m o t e w e l d i n g ， h u m a n m ach i n e i n t e rf a c e i s o n e o ft h e ma s t i m p o r t a ntf a c t o r f o r e n h a n c i n g c a p a b i l i t y 0 n d ef fi c ie ncy p a p e r p r e s e n t s a n a r c h i t e c t u r e d e s i g n of h u m a n m a c h i n e i n t e rf a c e f o r w e l d i n g t e l e r o b o t i c t e m： w e l d i n g m u l t i m o d a l h u ma n m a c h i ne i m e rf a c e T h e h u ma n m a c h i n e i nt e rf ace i nt e g r a t e d s e v e r a l c o n t r o l m o des ， w h ic h 0 r e n a me l y s h a r e d c o ntr o l 。t e l e t e a c h i n g，s u p e r v i s o r y c o n t r o l a nd l o c a l a u t o n o mo u s c o n t r o 1 S p a c e n l o use ，p a n o r a mic is i o n c 口 m e r a 0 n d g r a p h i c s i m z 0 t i o n s t e m a r e a l s o i n t e gra t e d i n t o t h e h u m a n m a c h i ne i nt e rf a c e f o r w e l d i n g t e l e o p e r a t i o n F i n a l l y ， w e l d s e a m t r aci n g a nd w e l d i n g e x p e r i m e n t s of U - s h a p e s e a m a r e p e ff o r me d b y t hes e c o ntr o l m o d e s r e s p e c t i v e l y The r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m h a s b e t t e r p e rf o r m a nee of h u ma n m a c h i n e i nte r a c t i o n a nd c o m p l e x i t y e n v i r o n me n t w e l d i n g Ke y wo r d s mu l t i mo d a l i n t e r f a c e ，c o n t r o l mo d e，t e l e r o b o t i c s y s t e m ，r e mo t e we l d i n g 0 I nt r o du c t i o n Re mo t e t e l e o p e r a t i o n we l d i n g a t t r a c t s a l o t o f a t t e n - t i o n i n n u c l e a r p l a n t ，u n d e r w a t e r a n d s p a c e _ 1 J We l d i n g t e l e r o b o t i c s y s t e m c o n s i s t s o f h u ma n o p e r a t o r( HO) ，h u m a n m a c h i n e i n t e r f a c e ( H MI ) ，r e m o t e w e l d i n g r o b o t i c s y s t e m a n d c o mmu n i c a t i o n l i n k G e n e r a l l y s p e a k i n g ，HMI i s t h e w i n d o w o f w h o l e s y s t e m t o HOAt p r e s e n t ，HMI o f t e l e r o b o t i e s y s t e m h a s s o me p r o b l e ms a s f o l l o ws：i n f o r ma t i 0 n f e e d b a c k o f s y s t e m s t a t u s i s n o t s u ffic i e n t ； I nt e l l i g e n c e o f H O c a n n o t b e p r o p e r l y p r o j e c t e d i n t o r e m o t e we l d i n g e n v i r o n me n t ；h i g h l e v e l i n t e rfa c e s uc h a s v i r t u a l r e ali t y c a n n o t i n c r e a s e s y s t e m e ffi c i e n c y Mu h i mo d a l i n t e rfa c e e mp l o y s mul t i c h a n n e l p a r a l l e l t o i n t e r a c t wi t h HO wh i c h i s b a s e d o n v i s i o n r e p r e s e n t a - t i o n v o i c e r e c o g n i t i o n， ma n u a l c o mma n d i n p ut ， v i s i o n fee d b a c k a n d g r a p h i c s s i mu l a t i o n t e c h n o l o g y Za a t r i p r e s e n t s t h e c o n c e p t o f mu l t i mo d a l o p e r a t o r i n t e rfa c e ， wh i c h i n t e g r a t e d d i ffe r e n c e c o n t r o l mo d e s g e n e r a t i ng f r o m h a n d c o n t r o l l e r 。 s pe e c h， mo d e l a n d v i s i o n t o pe rfo r m s o me c o mp l e x r o b o t i c t a s k s Ch o u p r o p o s e s a de s i g n o f mu l t i mo d a l HMI f o r t e l e o p e r a t i o n Th e HMI i nt e g r a t e d di s t r i b u t e d g r a p h i c p r e d i c t i v e d i s p l a y s u b s y s t e m ba s e d o n v i r t u a l r e a l i t v Al l k i n ds o f i n f o r ma t i o n a r e a c q u i r e d f r o m r e mo t e e n v i r o n me n t b y a c t u a ll i v e i ma g e s o r f o r c e i n f o r ma - t i 0 n Ge n e r a l l y s p e a k i n g，t h r e e a s p e c t s s h o u l d b e p a i d a t t e n t i o n t o i n r e mo t e we l d i ng：a c c u r a t e r e c o g n i t i o n o f we l d s e a m mo d e l i n u n s t r u c t u r e d e n v i r o n me n t ； c o mp l e x i t y o f w e l d i n g o p e r a t i o n ；r e l i a b i l i t y o f w e l d e d j o i n t q u a l i t y T he r e f o r e，t h e we l d i n g t e l e ro b o t i c s y s t e m s h o u l d b e s e n s o r r i c h for s a f e t y a n d e f f e c t i v e l y， a n d i n v o l v e me n t o f HO s h 0 u l d b e n a t u r a l a n d mi n i ma 1 Mo r e o v e r ，be c a u s e t h e r e i s n o t o u c h wi t h e nv i r o n me n t i n we l d i n g，t h e p r o p e r h a n d c o nt r o Ue r a n d i n f o rm a t i o n f e e d ba c k wa y s h o u l d b e e m- p l o y e d As w e l l ，b e c a u s e we l d i n g i s c o mp o s e d o f s e v e r a l mo t i o n p ha s e s， pr o p e r c o n t r o l s t r a t e gy s h o u l d b e e m。 p l o y e d，a nd o pe r a t i o n pr o c e s s s ho u l d be p e rfo rm e d b y s e g me n t c 0 n t r o l for e n h a nc i n g e f f e c t i v e n e s s ， f l e x i b i l i t y a n d s t a b i l i t y T h i s p a p e r p r e s e n t s a d e s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n o f a n a d v a n c e d mu l t i mo dal HMI for we l d i n g t e l e r o bo t i c s y s t e mTh e i n t e rfa c e i n t e g r a t e d s e v e r a l c o n t r o l mo d e s，wh i c h a r e n a me l y d i r e c t t e l e o pe r a t i o n， v i s i o n b a s e d c o n t r o l ， t e l e t e a c h i n g，gra p h i c s b a s e d c o n t r o l ， i n t e r a c t i v e c o n t r o l a n d a u t o n o mo u s c o n t r o 1 Mo r e e mph a s i s i s s t r e s s e d o n t e l e t e a c h i n g ，g r a p h i c s b a s e d c o n t r o l a n d l o c a l a u t o n o mo u s L i H a i c h a o ， G a o H 0 n g m i n g ， Wu L i n a n d Z h a n g G u a n g u n ， S t a t e K e y L a b 。 r a t 。 r y o f A d v a n c e d We l d i n g P r o d u c t i 。 n T e c h n 。 1 。 g Y ， H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，H a r b i n ，1 5 0 0 0 1 E - m a i l ： l i h a i c h a o t o m c o m ( L i Ha i c h a o ) 一Mu l t i m。 d a l hu ma n ma c h i n e i n t e r f a c e。 f a t e l e r o b。 t i c s y s t e m f o r r e m。 te a r c w e l d i “ g 7 3 c o n t r o l Fi n a l l y，e x p e r i me n t s f o r we l d i n g a n d s e a m t r a c i n g a r e p r e s e n t e d t o t e s t t h e p e rfo r ma n c e o f t h e HMI 1 De s i g n o f t he we l d i n g m u l t i m o da l HM I 1 1 Ge n e r a l s c h e me T h e g e n e ri c s c h e me o f t h e i mp l e me n t e d w e l d i n g t e J e 卜 o b o t i c s y s t e m i s s h o wn i n F i g1 I t i s c o mp o s e d o f i n t e r f a c e，we l d i n g r o b o t i n r e mo t e s i t e，c o n t r o l s o ftwa r ev i d e o d i s p l a y s y s t e m ，v i s i o n s e n s i n g s y s t e m，g r a p h i c s s i mu l a t i o n s y s t e m ，h a nd c o n t r o l l e r a n d c o mmu n i c a t i o n l i n k S u p e r v i s o r y c o n t r o l i nt e r f a c e o f t he s y s t e m c o ns i s t s o f s e v e r a l t u nc t i o n a l mo du l e s： c o n t r o l c o mma n d i n p u t a n d d i s p l a y，c o nt r o l mo d e c h o i c e，p a r a me t e r s e t t i n g a n d v i d e 0 i ma g e d i s p l a y Th e r e mo t e e n v i r o n me n t i r l f 0 兀 n a t i 0 n i s s e n t t o l o c a l s i t e b y s t e r e o s c o p i c v i d e o a nd 2D v i d e oHu ma n ma c hi n e s u p e r ws o ry i n t e rfa c e i s t h e ma i n wi n do w o f we l d i n g t e l e o p e r a t i o n wh i c h i s e mp l o y e d a s t he o n l y i n t e I f a e e for t e l e o p e r a t i o nTh e o ff- l i n e p r o g r a mmi n g s y s t e m I GRI P i s us e d f o r we l d i n g p a t h pl a n a n d g r a p h i c s s i mu l a t i o n0n wh i c h t h e t e l e o p e r a t i o n mo d u l e a n d t h e c o mmu n i c a t i o n mo du l e a r e d e v e l o p e dI f t h e e n v i r o n me n t mo d e 1 i s k n o wn，t h e s y s t e m wo r ks f 0 r o ff- l i n e p l a n n i n g a nd s u D e r v i s o r y L a s e r V l S l O fl s e n s o r i s u s e d for we l d s e a m s e n s i n g a n d t r a c i n g I f t h e s e a m i s r e g u l a r，i t i s u s e d a s p a t h p 1 a n n e r O t h e r wi s e，i t e x t r a c t s t h e f e a t u r e p o i n t o f j o i n t p r 娟l e f o r t e l e t e a c h i n g 1 2 Ar c h i t e c t ur e o f t he we l d i ng mul t i m o dal HM I Fu n c t i o na l a r c hi t e c t u r e o f t h e HMI c o n s i s t s 0 f fiv e mo d ul e s a s fol l o ws：p a r a me t e r s e t t i n g，c o n t I 0 1 m0 d e s e t t i n g，ma nu a l c o n t r o l i np u t，s y s t e m s t a t u s d i s p l a y a n d v i d g o d i s pl a y I t i s s h o wn i n Fi g2 Fj g 1 Func t i ona l a r c hi t e c t u r e o f t h e we l di ng t e l e r o bo t ic s ys t e m F i g 2 Th e a r c h i t e c t u r e o f t h e we l d i n g mu l t im0 d a l HM I Ac c o r d i n g t o t h e d i f f e r e n c e o f h u ma n-ma c h i n e i n t e r a c t i o n l e v e l ，we l d i n g t e l e o pe r a t i o n i s di v i d e d i n t 0 ma nu a 1 c o n t r o l , s h a r e d c o n t rol，i n t e r a c t i V e e 。 n t r o ，s u p e i s 。 r y 。 。 “ t r 0 l a n d a u t o n o m。 u s e 。 n t r o 1Dur i “ g p e r f o r mi n g r e m。 t e we l di ng t a s k，c o n t r o l s t r a t e g y c a n b e r e g a r d e d a s a c e na i n c o n t r o l mo d e o r c o mb i n a t i o n o f s e v e r a l i n t e r a c t i 0 n c o n t m1 mo d e s I n r e mo t e we l d i n g，t h e e f f e c t i v e c 0 n t r o 1 m0 d e s a r e ma n u a l c o nt r o l ，t e l e t e a c h i n g，s u p e r v i s o ry c 0 n t r 0 1 b a s e d 0 n 7 4 CHI N A WE L DI NG V o 11 7 No 3 S e p t e mb e r 2 0 0 8 g r a p h i c s e n v i r o n me n t a n d a u t o n o mo u s c o n t r o 1 Th e ma i n wi n d o w i s s h o wn i n F i g3whi c h c o n s i s t s o f t h r e e v i e ws ：s h o w v i e w，c o n t r o l v i e w a n d v i d e o d i s p1 a v v i e wT he d e s i r e d c o n t r o l mo d e s a n d c o mma n d s c a n b e s e 1 e c t e d b y mo u s e Th e c o n t i n u o u s c o mma n d s g e n e r a t e f r o m h a n d c o n t r o l l e r Ma n y d i M0 g u e s a n d p o p u p me n u s c a n b e i n v o k e d f o r c o mb i n i n g a nd e x pl o i t i n g a l l f u n c t i o nCo n t r o l c o mma n d s a r e s e n t t o g r a p h i c s s i mu l a t i o n s y s t e m，r e a l r o b o t a n d s e n s o r s y s t e m r e s p e c t i v e l y Ea c h s e l e c t e d mo d e i n v o k e s a p o p u p me n u t h a t a l l o ws t h e o p e r a t o r t o f i x p a r a me t e r s a n d c o n d i t i o n T h e h u ma n ma c h i n e c o o p e r a t i o n p l a n n e r i s d e v e l o p e d for c o n t r o l mo d e t r a n s l a t i o n a nd c 0 m ma n d i n t e r p r e t e r W h e n i t i s p e r f o r mi ngt h e u s e r o p e r a t e s s p a c e mo u s e f o r t e l e o p e r a t i o n，mo u s e for g r a p h i c s e n v i r o n me n t Th e g r a p h i c s e n v i r o n me n t r e c e i v e s r o b o t s t a t u s i n f o r ma t i o n a n d r e a l t i m e j o i n t v a l u e t o c o n t r o l t h e v i r t u a 1 r ( 】 b o t Fi g 3 The mai n wi nd ow o f t he we l d i ng mul t i - mo dal HM I 2 Phy s i c a l s t r u c t ur e o f t he s y s t e m At l o c a l s i t e，p h y s i c a l s t r u c t u r e i s c o mp o s e d o f p a n o r a mi c v i de o mo n i t o r ，s t e r e o v i de o d i s p l a y，g r a p hi c s wo r k s t a t i o n，s u p e r v i s o r y c o mp u t e r a n d s p a c e mo u s e At r e mo t e s i t e，t h e c o mp o n e n t s a r e l a s e r v i s i o n s e n s o r ，d i g i t a l z o o m c a me r a， t wo e y e s t e r e o v i d e o c a me r a s ， r o b o t c o n t r o l l e r a n d T I G we l d i n g t o r c h Co mmu n i c a t i o n l i n k i s b a s e d o n TCP I P p r o t o c o l a nd c l i e n t s e rve r ne t wo r k mo d e 1 Th e r o b o t c o n t r o l l e r w o r k s a s s e v e r i n t h e s y s t e m Th e s u p e r v i s o r y c o mp u t e r r u n s o n W i n XP o p e r a t i o n s y s t e mTh e g r a p h i c s s y s t e m F la B S o n S G1 wo r k s t a t i o nTh e 6DOF we l di n g r o b o t a n d T I G t o p e r f o r m we l d i n g mo t i o n we l d i n g t o r c h a r e e mp l o y e d 3 I m pl e m e nt a t i o n o f t he HM I 3 1 Te l e t e a c hi n g a s s i s t e d b y l a s e r v i s i on s e n s i n g I f t h e we l d s e a m i s i r r e g u l a r o r d i s c o n t i n uo u s1 a s e r v i s i o n s e n s i n g c a n n o t b e u s e d for a u t o n o mo u s c o n t I l0 1 Ho w e v e r ，t h e f e a t u r e p o i n t o f i o i n t e x t r a c t e d b v l a s e r v i 。 s i o n s e ns o r c a n h e u s e d for t e l e t e a c h i n g we l d i n g p a t h T e l e t e a c h i n g i n c l u d e s t h r e e p h a s e s ： s e t t i n g w e l d s e a m t y p e s ；s c a n n i n g j o i n t p r o f i l e a n d d e a l w i t h i n f o r m a t i o n；t e a c h i n g we l d i n g p a t hTh e t e a c h p a r a me t e r i s s e t i n t h e HMI ，s u c h a s we l d i ng v e l o c i t y，i n t e rpo l a t e mo d e a n d a r c s t a t u s Th e n t h e HMI s e n d s t h e a c q u i s i t i o n i o i n t d a t a s i g na l t o c o n t r o l l e r Th e c u r r e n t t o r c h s p o s i t i o n a n d p o s e a r e s e n t t o t h e HMI ，a nd r e c o r d i t i n a fil eAt l a s tt h e wh o l e we l d p a t h i s d o wn l o a d e d t o r e mo t e c o n t r o 1 1 e r 3 2 S ha r e d c o nt r ol S h a r e d c o n t r o l me a n s t h a t o p e r a t o r p a r t i c i p a t e i n d e g r e e o f f r e e d o m o f t he r o b o t wi t h a u t o n o mo u s c o n t r o l s y s t e rnI n t he s y s t e m ，t he 1 a s e r v i s i o n s e n s o r wo r k s a s a u t o n o mo u s p a t h p l a n n e r t o pa rti c i pa t e i n t h e p o s i t i o n a nd p o s e o f we l d i n g t o r c h wi t h s pa c e mo u s e Th e HMI p e rfo rm s s h a r e d c o n t r o 1 b y t wo wa y s wh i c h a r e DOF p a r t i t i o n i n g a n d DOF f u s i o n ( 1 )DOF f u s i o n me t h o d =( K + D ) 2 ( 1 ) K a n d i s s c a l e f a c t o r ， i s v e l o c i t y o f ma n u a l c o n t r o l ， D i s d riv e v e c t o r o f a u t o n o mo u s c o n t r o l ， i s v e l o c i t y o f we l d i n g t o r c h mo t i o n ( 2 )D O F p a rt i t i o n me t h o d = 。呼 + K 2 b 一 ( 2 ) v川( d ) i s DOF c o mp 0 n e n t s 0 f ma n u a l c o n t r 0 1 c o mma n d s： i s DOF c 0 mp o n e n t s o f 1 a s e r v i s i 0 n s e n s 0 r a u t 0 n o mo u s c o mma n d s To r c h d riv e ma t r i x AT c a n b e o b t a i n e d b y ，a n d Mu l t i _ 。mo d a l h u ma n - ma c h i n e i n t e r f a c e o f a t e l e r o b o t i c s y s t e m f o r r e mo t e a r e w e l d i n g 7 5 t h e j o i n t s a n g l e v a l u e s a t t h e n e x t s e r v o c i r c l e o f ma n i p u l a t o t c a n b e o b t a i n e d b y i n v e r s e k i n e ma t i c s s o l u t i o n Th e r e f o r e，d r i v e v e c t o r o f s p a c e mo u s e Vm a nd d r i v e v e c t o r Ds a r c s ha r e d i n t he p o s i t i o n a n d p o s e o f we l d i n g t o r c h 3 3 Vi r t u al e n v i r o n m e n t ba s e d pl an a nd c o n t r o l F i g 4 s h o ws t h e p r o c e s s s p i r a l s e a m t r a c i n g a n d t h e r e mo t e we l d i n g s c e n e I n v i r t ua l e n v i r o n me n t。t h e f u n c t i o n a l mo d u l e s s u c h a s ma n u a l c o n t r o l mo d u l ec o mmun i c a t i o n mo d u l e，a n d v i r t ua l e n v i r o n me nt c a l i b r a t i o n mo d u l e a r e d e v e l o pe dTh e we l d i n g e n v i r o nme n t c a n be o b s e r v e d mu l t i v i e w p o i n t s ，a n d we l d i n g p a t h p l a n c a n b e p e rf o r me d b y t h e p l a t f o rm Be c a u s e t h e e r r o r o f v i r t ua l e n v i r o nme n t c a l i b r a t i o n i s a b o u t 2 mm ， we l d i n g p a t h o n l y c a n b e p l a n n e d pr i ma r i l y ( a )Re a l e n v i r o n me n t ( b)Vi r t u a l e n v i r o n me n t Fi g 4 VE ba s e d pl an a nd c o nt r o l 4 Ex pe r i me nt r e s u l t s Re mo t e we l d i n g t a s k c a n b e di v i d e d i n t o s e v e r a l s u b t a s k s，a n d d i f f e r e n c e c o nt r o l mo d e s a r e us e d t o p e r f o r m t h e s p e c i fic we l di n g s u b t a s k Te l e t e a c h i n g i s e a s y t o o p e r a t e a n d c a n c o mp e n s a t e me c h a n i c a l e r r o r o f ma n i p u l a t o r Wh e n o b s t a c l e e x i s t s ， t h e w e l d i n g t o r c h i s a d j u s t e d b y s h a r e d c o n t r o 1 Th e e x p e r i me n t p r e s e n t s U s h a p e c u r v e we l d s e a m t e l e t e a c h i n g a s s i s t e d b y l a s e r v i s i o n s e n s o r t o i l 1 us t r a t e t h e p e r f o rm a nc e o f t he HMI Th e wo r k i n g p r o c e s s i s s h o wn i n F i g5 Th e wo r k p i e c e i s p i p e j o i n t t h a t t h e d i a me t e r s a r e 2 0 0 m m a n d 1 0 0 mm r e s p e c t i v e l y Di g i t a l a u t o z o o m v i de o c a me r a a n d t wo e y e s t e r e o s c o p i c v i d e o a r e us e d a s v i s i o n d e v i c e t o o b s e n e e n v i r o n me n t a n d r o b o t mo t i o nBy t h e c o mmu n i c a t i o n b e t we e n t h e HMI a n d t he ma n i p u l a t o r，t h e s e a m f e a t u r e po i n t s a r e r e c o r d e dT h e we l d i n g p a t h fil e i s s e n t t o v i r t u a l e n v i r o n me n t r e a l t i me b y t h e s u l t s o f t e l e t e a c h i n g HMI Fi g 6 p r e s e nt s t h e r e 7 7 0 7 6 5 7 6 0 7 5 5 7 5 0 7 4 5 7 4 0 7 3 5 Fi g 5 Th e e xpe r i me nt pr o c e s s Fi g 6 Th e e x p e r i me n t r e s u l t s 7 6 C H I N A WE L D I N G V o 1 1 7 N o 3 S e p t e m b e r 2 0 0 8 5 Co nc l u s i o n s T he p a p e r pr e s e n t e d t h e d e s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n o f t h e a d v a n c e d mu l t i mo d a l we l d i n g t e l e r o b o t i c s y s t e m HMI O p e r a t o r p a r t i c i p a t e s i n d i ff e r e n c e c o n t r o l l e v e l s o f t h e s y s t e rn b y i n t e r a c t i o n wi t h t h e HMI T h e HMI c o mb i n e s g l o b al d e c i s i o n c a p a b i l i t y o f o per a t o r a n d l o c a l a u t o n o mo u s c a p a bi l i t y o f t h e we l d i n g r o b o t s y s t e m Owi n g t o t h e p a i c u l a r i t y o f un s t r u c t u r e d e nv i r o n me n t ，we l d i n g t a s k s c a n b e p e r f o r me d b y t e l e t e a c h i n g，s u p e r v