Sistema de medição angular baseado em sensores inerciais para aplicações no controle de um manipulador robótico de soldagem orbital

Abstract

A construção de uma linha dutoviária passa pelo processo conhecido como soldagem orbital, que é utilizado para unir os segmentos de tubos que a compõem. Neste processo, o manipulador de soldagem descreve uma trajetória circular em torno do tubo enquanto realiza a soldagem. Tal geometria faz com que a inclinação do plano de soldagem se altere durante a execução da solda. A variação da posição de soldagem traz tendências de escorrimento do metal, que se encontra no estado líquido devido à alta temperatura do arco elétrico, gerando problemas como falta de fusão, alteração no formato do cordão ou perfuração da peça. Um recurso para diminuir os efeitos negativos da variação da posição de soldagem é a execução de tecimento, que caracteriza uma oscilação da tocha na direção perpendicular à direção de soldagem. Os padrões de tecimento precisam ser variáveis em função da posição, deste modo, este trabalho apresenta um método de identificação da inclinação do plano de soldagem, através de sensores inerciais, que alimenta um sistema embarcado no processador do manipulador robótico de soldagem, Tartílope, que gera correção dos padrões de movimento à medida em que a inclinação da posição de soldagem varia. Um protótipo foi criado para verificar a possibilidade do uso de sensores inerciais neste tipo de aplicação. Sua funcionalidade foi comprovada por meio de testes realizados através da medição dos parâmetros de tecimento que eram executados pelo manipulador conforme a trajetória circular de soldagem era percorrida. O resultado dos testes mostrou que o protótipo tem condições de ser incorporado ao sistema do Tartílope para atuar como sensor em um sistema de controle do padrão de tecimento em função da inclinação.

The construction of a pipeline goes through a process known as orbital welding, which is used to join the segments of tubes that compose it. In this process, the welding handler describes a circular path around the pipe, while performing welding. This geometry causes the inclination of the welding plane to change during the welding execution. The variation of the welding position brings tendencies of the metal runoff, which is in the liquid state due to the high temperature of the electric arc, causing problems such as lack of fusion, change in the shape of the weld bead or drilling of the part. One feature to decrease the negative effects of varying the welding position is the weaving application, which characterizes a torch swing in the perpendicular direction to the welding direction. The weaving patterns need to be variable depending on the welding position, thus, this work presents a method of identification of the tilt of the welding plane, through inertial sensors, which feeds an embedded system in the processor of the robotic welding manipulator, Tartílope, which generates correction of the motion patterns as the inclination of the welding position varies. A prototype was created to verify the possibility of using inertial sensors in this type of application. Its functionality was proven by measuring the motion parameters that were executed by the robot while the circular welding path was traversed. The result of the tests showed that the prototype is able to be incorporated into the Tartílope system to act as a sensor in a system of control of the weaving pattern in function of the inclination of the welding plane.