Mobile Wheeled Welding Robots Research Based on Flexible Coordinated Control Algorithm

YU Yan; ZHAO Yongjiang; ZHANG Chun; YUAN Fei; FENG Xiaobing

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.02

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Mobile Wheeled Welding Robots Research Based on Flexible Coordinated Control Algorithm
Vol. 55, Issue 5, Pages: 12-19(2025)
Received：17 March 2025，

Revised：2025-04-19，

Published：20 May 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.02
稿件说明：

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余燕，赵永江，张淳，等.移动轮式焊接机器人柔性联动控制算法研究［J］.电焊机，2025，55（5）：12-19. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.02.

YU Yan, ZHAO Yongjiang, ZHANG Chun, et al.Mobile Wheeled Welding Robots Research Based on Flexible Coordinated Control Algorithm[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(5): 12-19. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.02.

摘要

针对移动轮式焊接机器人底盘与机械臂独立控制导致的运动协调性不足问题，本研究提出一种基于二次规划（Quadratic Programming，QP）的柔性联动控制算法，通过优化系统运动学链的协同控制，提升焊接轨迹跟踪精度与动态稳定性。研究以Omron LD-60差速底盘与7自由度Franka-Emika机械臂集成的移动焊接机器人为对象，构建包含微分运动学模型的整体雅可比矩阵，建立底盘虚拟关节与机械臂关节的联动控制框架。算法将协同运动问题转化为带约束的二次规划优化模型，通过最小化关节速度与松弛误差的加权目标函数，同步优化底盘位姿调整与机械臂关节运动，抑制末端执行器的轨迹突变与机械振动。仿真试验表明，相较于独立控制策略，该算法优化后的焊枪末端轨迹更为平滑，机械臂运动协调性显著改善；QP求解器对比显示，ProxQP与quadprog在计算效率上表现更优。通过长直焊、立焊及复杂角焊缝试验验证，算法能够协调全向移动底盘与机械臂的运动耦合，焊接轨迹连续性增强，断焊策略减少了材料损耗。本研究为复杂焊接任务提供了适应性更强的解决方案，拓展了移动焊接机器人在船舶制造等场景的应用潜力。

Abstract

To address the insufficient motion coordination caused by independent control of the mobile chassis and manipulator in wheeled welding robots

this study proposes a flexible coordinated control algorithm based on Quadratic Programming (QP). The algorithm optimizes the collaborative control of the kinematic chain to enhance welding trajectory tracking accuracy and dynamic stability. A mobile welding robot platform is developed

integrating an Omron LD-60 differential drive chassis with a 7-DoF Franka-Emika manipulator. By constructing a unified Jacobian matrix incorporating a differential kinematic model

a coordinated control framework is established

linking the virtual joints of the chassis to the manipulator's joints. The algorithm formulates the motion coordination problem as a constrained QP optimization model

minimizing a weighted objective function of joint velocities and slack errors to synchronize chassis pose adjustments and manipulator motion

thereby suppressing abrupt trajectory changes and mechanical vibrations. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm achieves smoother welding torch trajectories and improved motion coordination compared to independent control strategies. Comparative analysis of QP solvers reveals superior computational efficiency for ProxQP and quadprog. Experimental validations

including straight-line

vertical

and complex corner welds

confirm the algorithm's capability to coordinate omnidirectional chassis movement with multi-DoF manipulator motion

enhancing trajectory continuity and reducing material waste through intermittent welding strategies. This research provides an adaptive solution for complex spatial welding tasks

extending the application potential of mobile welding robots in shipbuilding and large-scale steel structure fabrication.

关键词

Keywords

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