新型旋转电弧传感系统的研究

介绍了旋转电弧传感器用于焊缝跟踪的工作原理.针对空间狭窄、折角变化大的焊缝跟踪场合,研制了一种结构更紧凑,工作更稳定的新型旋转电弧传感器.设计了电弧传感器的旋转位置检测电路和以单片机为核心控制器的转速闭环及调速控制电路.实验证明:所设计的电路抗干扰强、测位可靠、转速稳定、调速准确.该传感系统已在轮式移动焊接机器人焊缝跟踪控制系统中得到成功应用.     

超声波传感器在直角焊缝自动焊接中的应用

机器人进行船体格子型焊缝焊接过程中,完全依靠电弧传感器无法完全得到其周围环境信息,造成了自动化焊接的困难。设计了一种直角焊缝自动焊接的方法,利用超声波传感器代替机械式传感器,获得周围障碍信息,用电弧传感器获得焊缝的偏差信息,通过对机器人合理的控制,完成了直角焊缝的自动跟踪焊接。     

旋转电弧传感弧焊机器人焊缝实时纠偏系统研究

本文介绍了以高速旋转电弧为传感器的弧焊机器人焊缝实时纠偏系统 ,首先设计了适应机器人要求的高速旋转电弧传感器 ,然后对电弧传感 V形坡口焊缝的识别方法及铁水等干扰影响进行了研究 ,采用模糊控制技术进行焊缝实时纠偏 ,最后完成了 V形坡口直线焊和角焊缝折线焊 ,取得了满意的焊缝纠偏结果 .     

基于路径预测的机器人足球路径规划

针对常用的机器人路径规划算法过于复杂并且在每个运动周期都计算路径的问题,提出了一种结合路径预测的路径最优算法.充分利用预测结果减少每周期的路径规划时间;用微量调整动态控制机器人左右轮速度,并充分利用折线路径的短距离优势,为避障机器人创建一条最短路径;以基于周期性预测在同个时间轴上的相交作为碰撞信号,来减少每个周期的重复性计算时间.实验结果表明,该方法能大大提高机器人路径规划的速度,降低不同周期上路径规划结果不一致导致的运动震荡.     

前置式磁控电弧传感器焊缝自动跟踪系统

针对目前机械式电弧传感器普遍存在的问题,将磁场控制电弧技术应用于焊缝跟踪,设计了磁控电弧传感器和一种双十字滑块的结构系统,对采样信号采用了RCπ型滤波和巴特沃思滤波器进行双级滤波,提出了有限区间去极值离散积分比较法来提取实际焊缝坡口的偏差信息。焊缝跟踪试验验证了该系统的有效性。     

基于模糊控制的电弧焊接焊缝跟踪技术研究

针对V型坡口焊缝,采用摆动扫描式电弧传感器,研制了基于模糊控制的焊缝跟踪系统.主要介绍了焊缝跟踪系统的组成,完成了模糊控制器算法的设计,离线完成模糊控制查询表.在焊接过程中,系统采用ARM微处理器实现焊缝跟踪的查表工作,从而实现焊接时焊缝的精确跟踪,使焊枪对中焊缝.该系统无需建立被控对象的精确数学模型,改善了伺服驱动系统的动静态特性,提高了焊缝跟踪的精度.     

基于路标点追踪的差速驱动机器人运动规划

首先,针对三角网格路径规划方法采用D-P算法提取路标点时,其最大阈值不易确定等问题,提出基于碰撞检测的抽取路标点方法.同时采用Pure Pursuit算法跟踪路标点,对差速驱动机器人进行运动规划;然后,通过实验对比分析表明,在提取路标点时,与D-P算法相比,碰撞检测方法更加优越;最后,通过差速驱动机器人的运动规划实验表明:Pure Pursuit算法追踪路标点方法规划的运动轨迹为一条光滑曲线,能够有效地避开地图上的障碍物;机器人角速度和线速度均为光滑函数,变化平缓,在路标点附近出现较小波动,波动范围均在允许值内;运动规划时间为0.049s,完全能够满足实际需求.研究结果表明,基于路标点追踪的移动机器人运动规划是一种简单有效的运动规划方法.     

基于旋转电弧传感器的焊接电流波形研究

为了实现焊接的自动化,必须研制出新型的传感器,并对采集到的信号进行滤波与分析。介绍了旋转电弧传感器的工作原理。由于采样得到的焊接电流中含有大量的噪声,必须通过多种滤波方法的组合,最终得到较理想的焊接电流波形。为了研究焊接电流的波形,进行了小弯曲角焊缝的跟踪实验,直角转弯角焊缝的跟踪实验。结果表明:滤波后的焊接电流波形比较理想,通过焊接电流波形,可以识别出焊枪是前倾、后倾,还是既不前倾也不后倾,焊枪是左偏、右偏,还是对中,为偏差识别和焊接机器人的控制铺平了道路。     

轮式移动焊接机器人弯曲焊缝跟踪控制

分析了轮式移动焊接机器人弯曲焊缝轨迹跟踪问题，建立了机器人的数学模型，采用基于积分backstepping时变状态反馈方法设计了控制器，利用Laypunov方法证明系统是镇定的。针对旋转电弧传感器仅能检测单方向偏差的情况，根据焊枪前端上一时刻和当前时刻的位置对跟踪轨迹的方位角进行估计。控制器在对机器人速度和角速度控制的同时，还对十字滑块进行了控制，使跟踪更加快速、平滑。最后通过数值仿真和机器人实际运动仿真证明了该方法的有效性。     

基于红外光电传感器的智能车两轮差速转向模糊控制

介绍了一种基于红外光电传感器的智能小车两轮差速转向模糊控制系统,该系统以单片机最小系统为核心,根据寻迹传感器的检测值判断小车运行状态,从而改变电机转速,实现控制小车的目的。实验结果表明,采用模糊控制方法对两轮差速转向进行控制,小车运行稳定,路径跟踪可靠,控制性能良好。     

基于磁控电弧传感器的焊缝跟踪系统

为了解决目前焊缝跟踪传感器存在的一些问题,将磁场控制电弧技术应用于焊缝跟踪,设计了一种磁控电弧传感器,分析了其基本原理,并建立了相关的数学模型,对主要参数进行了分析,为磁控电弧传感器的应用提供了理论依据.设计了一种基于磁控电弧传感器的焊缝跟踪系统,使跟踪系统和焊接系统相对独立,拓宽了其应用范围,采用了Smith预估补偿法来消除滞后对控制系统的影响.在信号处理方面,对采样信号进行了RCπ型滤波和巴特沃思滤波器双级滤波,滤波效果较好;提出了有限区间去极值离散积分差值法来提取焊缝坡口的特征参数.最后通过实际的焊缝跟踪试验,验证了该系统的有效性.     

机器人搅拌摩擦焊缝跟踪控制系统设计与实现

机器人搅拌摩擦焊以及焊缝跟踪控制技术可大幅度提高焊接质量和效率.本文以机器人搅拌摩擦焊缝焊工艺为基础,设计了一种基于激光视觉传感器与PD纠偏算法的焊缝跟踪控制系统,针对3mm的2A12-T4铝合金板材,进行了直斜线和折线两种结构的焊缝跟踪控制试验,并分析了焊缝宏观形貌、不同焊接速度下的行进轨迹以及跟踪控制的偏移量.结果表明:在焊缝跟踪控制系统控制下,两种焊缝结构的焊接接头表面均匀平整、质量较高;同种焊接结构不同焊接速度下的焊接轨迹基本重合;所有参数下跟踪控制偏移量整体位于±0.2mm内.     

十字滑块微动特性与焊缝跟踪

十字滑块的微动特性对焊缝跟踪系统中焊枪的运动有着重要影响.本文分析了十字滑块运动方程,指出了电机通电时间与滑块位移之间存在的对应关系.在此基础上提出了一种能在工业现场使用的快速测量方法,该方法可在几分钟内完成时间-位移的测量,并通过曲线拟合获得十字滑块的运动参数.在焊缝跟踪实验中,运用这些参数对十字滑块进行控制,取得了良好的跟踪效果.     

履带移动平台带边界层bang-bang路径跟踪控制

为实现无法闭环调速的开关阀控履带移动平台路径跟踪,考虑到平台速度低且可原地转向的特点,基于纯追踪算法,提出不需要底层轮速控制的带边界层bang-bang路径跟踪控制算法。根据几何及运动学关系,建立履带移动平台目标点追踪模型;以航向角偏差作为切换函数,通过bang-bang算法控制两侧履带正反转,引入边界层厚度参数,以减小电磁阀开关频率;根据李雅普诺夫稳定性理论,证明了边界层外系统各状态均是稳定的,但边界层内航向角偏差在原点处是不稳定的,且前视距离越小,航向角偏差发散越快。基于Matlab/Simulink和Recurdyn联合仿真平台,选择矩形目标路径,仿真验证了不同前视距离下bangbang算法的路径跟踪效果,并与闭环调速的纯追踪算法进行对比。搭建样机试验平台,对bang-bang路径跟踪控制算法进行地面试验。仿真和试验结果表明,bang-bang路径跟踪控制算法可控制开关阀控履带移动平台实现对直线或折线路径的跟踪,且算法在转角处跟踪精度高于闭环调速的纯追踪算法路径,稳态误差小于9cm,满足煤矿机器人自主导航行走要求。     

不连续焊缝特征点检测方法研究

船舶制造中,由于船舱底部排水孔的存在,形成不连续焊缝,影响了焊接速度.为了提取排水孔特征点信号,通过对旋转电弧传感器提取焊接电流信号和激光传感器提取焊缝图像信息进行实验研究,结果表明2种传感器满足要求.最终选用旋转电弧传感器检测排水孔起始位置,视觉传感器控制机器人位姿与检测排水孔终点位置.     

视频稳定系统的角点跟踪算法

通过对视频稳定系统的角点跟踪算法的分析,针对图像旋转与局部物体运动情况,采取圆投影向量相关系数法对基于角点跟踪的运动估计算法进行改进,结合局部运动邻域相关算法剔除运动物体,并采用菱形快速搜索算法提高角点配准速度。对塔吊运动平台的视频图像进行验证,实验结果证明了算法的有效性。     

面向影视摄影机器人的改进梯度投影算法的运动跟踪系统设计

摄影机器人在影视制作中常被广泛应用和开发,为降低拍摄情景中的人为现场干预和人力成本,研究将机器人与摄像需求进行智能结合,并对机器人运动拍摄和轨迹跟踪进行设计,以优化拍摄效果。研究分析梯度投影算法来改进机器人局部路径规划能力,再根据机器人转向滑动的运动方式设计稳定控制器,然后根据滑转补偿的运算过程执行到机器人上以完成控制系统的高效补偿前馈。最后结合投影梯度算法和自适应滑动模态控制对仿真机器人进行仿真跟踪实验,实验结果得出,100节点的改进对偶协方差哈密顿优化的路径规划方法的规划成功率和时间分别为80.12%和0.10 s,为最佳路径规划方法。有滑转补偿的自适应SMC作为机器人运动跟踪系统的最佳稳定控制器算法,在运动方向即X方向移动、Y方向移动及转向角的绝对误差累计值分别为7.46%、19.59%和17.56%。从而证明基于改进梯度投影算法和自适应SMC的运动跟踪系统具有较高稳定性,并为运动跟踪机器人的技术开发提供技术支持。     

飞机牵引机器人路径跟踪模糊控制

为了提高飞机地面自动导航路径跟踪的控制精度,提出了基于模糊自适应控制的智能飞机牵引机器人纯追踪路径跟踪方法。首先建立了牵引机器人-飞机两轮简化模型,进行了路径跟踪运动分析;基于此分析,以牵引机器人-飞机系统运动速度和轨迹误差为输入,以预测距离为输出,通过模糊自适应控制实时调整纯追踪算法预测距离,设计了基于自适应模糊控制的路径跟踪控制器;通过几何仿真和虚拟样机仿真两种方法分别对所提出的方法进行了验证。结果表明,牵引机器人-飞机系统在变速运动时,路径跟踪的轨迹误差能控制在0.5 m左右,完全满足飞机地面自动牵引滑行的精度要求,验证了所提方法的有效性和适应性。     

基于椭圆旋转的磁传感器误差补偿算法

针对硬磁干扰和软磁干扰条件下的磁罗盘误差补偿问题,对传统的误差椭圆假设模型进行改进,提出一种基于椭圆旋转的磁传感器误差补偿算法。分析磁罗盘误差产生的因素,并建立椭圆旋转数学模型。采用非线性最小二乘拟合算法推导出误差补偿参数公式。利用Honeywell双轴磁阻传感器的测量值和椭圆旋转拟合的算法,对两轴磁传感器进行测试标定与误差补偿。实验结果表明,椭圆旋转算法能够有效补偿外部磁场产生的硬磁干扰和软磁干扰,与传统的椭圆模型补偿算法相比,该算法测得的航向角最大误差从2.0°减小到0.4°。     

卡尔曼滤波焊缝跟踪控制

在视觉传感的电弧自动焊接过程中,需要根据视觉信息来控制电弧准确地跟踪焊缝.由于强烈的弧光干扰,使得从焊接区图像中直接提取电弧与焊缝的偏差信息十分困难.为此提出一种利用熔池图像质心和卡尔曼滤波来间接获取电弧与焊缝偏差的方法.选择熔池图像质心作为状态向量,建立基于图像质心的状态方程和焊缝位置测量方程.利用卡尔曼滤波消除过程噪声和测量噪声的影响,通过对熔池图像质心的状态估计,准确获取焊缝位置以及电弧与焊缝之间的偏差量,为自动焊接过程的焊缝跟踪控制提供准确信息.焊接试验结果表明,利用卡尔曼滤波方法可有效降低过程噪声和测量噪声的影响,从而提高焊缝跟踪控制精度.