基于CCD传感器的球罐焊接机器人焊缝跟踪

主要研究以轮式移动机器人为本体的球罐焊接机器人的焊缝跟踪问题。轮式移动机器人本体难以实现实时、准确的运动轨迹控制 ,而球罐焊接工艺要求焊炬必须精确地沿焊缝以恒定的焊接速度焊接。为解决这一矛盾 ,本文首先设计了在一定运动约束条件下的轮式机器人本体与焊炬运动机构 ,建立了基于双CCD传感器的焊缝路径检测系统。在对轮式移动机器人在球罐表面移动时的运动学分析基础上 ,建立了机器人本体在一定误差范围内跟踪焊缝的控制模型 ,并设计了相应的控制策略。根据机器人与焊炬之间的运动约束关系 ,提出了焊炬位置实时精确的跟踪控制策略。现场工艺试验表明 ,所研制的球罐焊接机器人焊炬跟踪精度可达± 0 .5mm ,能够满足实际工程应用     

基于CCD传感的移动焊接平台结构设计

设计了一种基于CCD传感的轮式移动焊接平台机构,采用光杠配合丝杠改进常规的十字滑块机构,改善移动焊接平台整体的平衡性,降低了焊缝跟踪中对平衡控制的难度.本设计采用两个无刷直流电机驱动十字滑块实现左右和上下运动,采用一个步进电机调整CCD传感器滤光装置的位置.MIG和TIG焊枪的支撑机构选用工业型材组合装配方式,根据不同的实验环境能够调整MIG和TIG焊枪的夹角大小.该移动焊接平台结构紧凑、灵活,易于实现自身的平衡调节,可完成各种焊接实验及空间焊缝的焊接,实验得到机构的执行精度在1mm的范围内.     

自寻迹舰船甲板焊接移动机器人

研制的自寻迹舰船甲板焊接移动机器人系统采用磁性轮式移动机构,外加十字调节滑块,利用激光PSD位移传感器外加扫描装置实时获取焊缝的二维偏差信息,选用数字信号处理器(DSP)作为系统的核心控制器件。伺服驱动采用集成的运动控制器和驱动器,实现了空间多自由度的协调动作。焊接时,在一定的误差范围内让机器人粗略跟踪焊缝,而由十字滑块实现焊缝实时的、精确的跟踪。该系统还具有自寻迹功能,即在焊前根据焊缝的特征信息自动寻找焊缝并调整自己的位姿到设定的待焊状态,由机器人自主地实现焊接对中和焊接起始点辨识。     

轮式机器人折线焊缝跟踪协调控制方法

研究了以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对折线焊缝进行跟踪的协调控制方法.设计了自适应模糊控制器对十字滑块和车轮进行协调控制,通过控制机器人移动对焊缝进行粗略跟踪,同时调整十字滑块带动焊枪对焊缝进行精确跟踪.为了使机器人的移动方向与焊缝走向一致,采用Sugeno型模糊逻辑系统作为滤波器对机器人本体的方位角偏差进行滤波处理,使机器人本体在跟踪焊缝的直线段时做直线运动,在跟踪焊缝的曲线段时做转弯运动.结果表明,该算法能够成功应用于最大为60°的折线焊缝和Z形焊缝的自动跟踪焊接.     

旋转电弧传感弯曲焊缝移动焊接机器人结构设计

设计了一种基于旋转电弧传感的弯曲焊缝轮式移动焊接机器人机构，采用中间两轮差速驱动，前后对称布置一万向轮的结构，增加了机构的灵活性并降低了控制的难度；用两个直流伺服电机控制十字滑块实现左右与上下运动，采用旋转电弧传感器使焊枪与传感器一体，不仅结构紧凑，而且具有实时性。支撑焊枪的支板采用组合装配方式，对于折角变化频繁或折角较大的焊缝使用增加一转动关节的支板。该机器人结构紧凑、灵活，可实现对平面弯曲船形焊缝及各种平面弯曲角焊缝的自动焊接。     

大型构件水下焊接机器人系统

针对水下焊接环境要求,设计了一种履带式水下焊接机器人系统,该系统由机器人本体机构、激光视觉传感器、控制系统和焊接系统组成. 机器人本体机构由履带式移动平台和焊枪调节机构构成,运动灵活可靠,满足水下焊接焊缝跟踪要求. 完成了视觉传感器部件选型及光路设计,实现水下环境的焊缝自动识别. 设计了基于PLC机器人控制系统和协调控制方法,实现水下环境的焊缝跟踪控制. 同时在水下焊接试验平台完成焊接跟踪试验. 结果表明,机器人运行稳定,焊缝成形较好,焊接质量满足要求.     

移动机器人波纹板折线角焊缝跟踪控制

在对集装箱波纹板形式的焊缝进行焊接时,不仅要控制焊枪跟踪焊缝移动,同时还要保证焊枪相对于焊接面的倾角.设计了一种移动焊接机器人,该机器人以轮式移动小车作为平台,配以可以伸缩和转动的执行机构控制焊枪运动.采用旋转电弧作为传感器对焊枪偏差和倾角同时进行检测,通过控制三个关节协调动作,实现焊缝跟踪的同时对焊枪倾角进行调整.还对机器人的运动学模型进行了研究,在此基础上结合模糊控制理论设计了控制器,最后通过实际焊接试验证明了所提出的方法的有效性.     

基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪

针对轮式移动焊接机器人在造船、大型球罐焊接等工业生产中的大曲率弯曲焊缝跟踪问题,在采用小波实时降噪的基础上,结合焊缝切线法的思路和滑模变结构控制方法提出了动态焊缝切线法,并且通过Matlab仿真分析和试验验证,证明了该方法能够以固定步长实时修正焊接小车驱动轮的速度,保证焊炬沿大曲率弯曲焊缝轨迹跟踪效果较好的前提下切线速度大小基本不变,提高了焊缝质量,实现了弯曲焊缝的实时自动跟踪. 为轮式移动焊接机器人在复杂轨迹的焊缝自动跟踪应用方面提供了一种新的理论思路.     

基于正交试验旋转电弧传感器焊缝跟踪工艺参数的优化

为了实现基于旋转电弧传感器的焊缝跟踪,并获得良好质量的焊缝,需要通过试验去确定最佳焊接参数。为了减少焊接试验的工作量、降低研制成本,采用正交试验设计法合理安排Q235钢板的机器人焊接工艺评定试验,以数理统计方法分析各焊接参数对焊缝质量影响的主次顺序。研究了旋转电弧传感器的旋转频率、焊炬高度、焊炬旋转半径和焊接电流四个主要影响因素对焊缝成形、电流信号特征和抗拉强度的影响,为后续的焊缝跟踪提供优化的焊接参数。     

基于焊枪倾角信息融合的弯曲焊缝轨迹跟踪

文中介绍了以轮式移动机器人为被控对象,以旋转电弧作为传感器,根据傅里叶变换后的一次谐波分量对焊枪偏差和倾角进行检测,同时根据焊枪的移动状态判断焊枪与焊缝切向之间的夹角.基于T-S模糊逻辑系统对旋转电弧传感器采集的焊枪倾角和焊枪与焊缝切向之间的夹角进行融合.以焊枪偏差和融合后的焊枪倾角作为输入,以机器人左右车轮和水平滑块的运动作为输出,构成双输入多输出控制系统.基于模糊控制理论设计控制器,实现焊缝跟踪的同时对焊枪倾角进行调整,并通过实际焊接试验验证了控制器的跟踪效果.     

管道插接相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,采用串并联混合方式设计了一种新型的5自由度焊接机器人,实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构和送丝机构的一体化设计.设计了2自由度的自动定心手腕机构,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制,建立了专用焊接机器人的运动学模型.针对通用型的相贯线模型,建立了焊枪位置、焊枪姿态和焊接速度的实时控制数学模型.结果表明,该焊接机器人锚固牢固、定位准确,焊接过程可控性好,控制模型能够满足空间相贯线焊缝的焊接工艺要求.     

基于高斯基模糊神经网络的移动焊接机器人焊缝实时跟踪

对所研制的焊接移动机器人建立了运动学模型并设计了基于高斯基模糊神经网络的焊缝跟踪控制器.采用Denavit-Hartenberg(D-H)齐次坐标变换法分析了机器人本体和滑块对焊炬点位姿的运动学行为,建立了较为完整地运动学模型.在此基础上.提出了采用高斯基模糊神经网络实现焊缝实时跟踪的方法.采用高斯函数作为隶属函数,以滑块位置和小车方位角作为输入,焊炬的转向调整角作为输出,利用神经网络的自学习和自适应能力,实现模糊隶属函数和控制规则的在线修改.焊缝跟踪试验验证了所设计控制器的有效性,其跟踪精度可始终控制在±0.5 mm以内,满足实际焊接工程的需要.     

狭小空间移动焊接机器人角焊缝跟踪的动力学控制

文中对移动焊接机器人在大型结构件中狭小空间的角焊缝跟踪控制问题进行了研究,首先,建立了焊接机器人在直角角焊缝处的运动学模型;然后,基于牛顿-欧拉方法分析了焊接机器人驱动轮、机器人移动本体及十字滑块的动力学行为,并建立了焊接机器人的整体动力学模型;最后,在对整体动力学模型合理简化的基础上,设计了焊接机器人焊缝跟踪控制的鲁棒PI控制器.应用MATLAB软件进行了仿真分析,并进行了试验研究,通过结果可以看出,该方法可实现移动焊接机器人在狭小空间内直角角焊缝的跟踪,且具有较高的跟踪精度.     

Study on intelligent welding mobile robot with the function of auto-searching weld line

The development of welding robots suitable for specially unstructured working enviroments has been become an important development direction of industrial robot application because large-scale welding structures have been used more and more widely in modern industry. In this paper, an intelligent mobile robot for welding of ship deck with the function of autosearching weld line was presented. A wheeled motion mechanism and a cross adjustment slider are used for the welding robot body. A sensing system based on laser-PSD （position sensitive detector） displacement sensor was developed to obtain two dimensional deviation signals during seam tracking. A full-digital control system based on DSP and CPLD has also been realized to implement complex and high-performance control algorithms. Furthermore, the system has still the function of auto-searching weld line according to the characteristics information of weld groove and adjusting posture itself to the desired status preparing for welding. The experiment of auto-searching welding line shows that the robot has high tracing accuracy, and can satisfy the requirement of practical welding project.     

Study on intelligent welding mobile robot with the function of auto-searching weld line

0IntroductionWelding mobile robot with mobility,strong magneticadhering force and higher intelligence has already becomea perfect means for automatic welding of large-scale struc-ture[1-2],such as the welding of ship hull and deck,welding of spherical tank and welding of large pipeline,and so on.Recently,some researches have been done in thefield of autonomous welding mobile robot.Jiang Lipei andhis coworkers developed an all-position spherical tankwelding mobile robot based on linear CCD se…     

基于最小二乘法的小车方位角实时辨识

应用最小二乘法对移动焊接机器人传感器矢量与焊缝之间的位置关系进行了研究,提出了焊缝跟踪过程中小车方位角的实时辨识算法.为了确切表达传感器、焊缝、焊枪三者之间的空间位置关系,首先引入了传感器矢量的概念.然后根据前置传感器的特点,提出在焊缝跟踪的小邻域内,传感器矢量和焊缝之间的位置关系可以用一次多项式或二次多项式来完全表达.在此基础上,应用最小二乘法,建立了小车方位角的实时辨识算法并给出了算法的具体实现.最后通过实际的焊缝跟踪试验,验证了该算法的有效性.该算法的应用,为移动焊接机器人实现复杂曲线焊缝的实时跟踪奠定了重要的基础.     

集装箱波纹折线焊缝的三自由度焊接机器人逆运动学分析

针对集装箱波纹折线焊缝的焊接难题,设计了一种三自由度焊接机器人.本文在D-H齐次变换矩阵的基础上,对焊接机器人进行运动学逆解.机器人通过3个关节的协调动作,可使固联在末端效应器上的焊枪保持一定的焊接姿态,为保证焊接质量的一致性提供了理论基础.通过Matlab软件仿真,控制各个关节按照给定规律运动,在Matlab环境下实现了恒定焊接速度下的轨迹的跟踪.