基于正弦摆焊的弧焊机器人焊缝跟踪系统的研究

针对弧焊机器人在焊接过程中示教轨迹和实际焊缝位置存在偏差的问题,提出一种基于正弦摆焊的电弧传感方案。首先规划了弧焊机器人正弦摆焊轨迹,对采集到的焊接电流进行谐波提取来获得焊缝位置的横向偏差,然后根据偏差信息纠正机器人的示教轨迹。把这种方案应用在具有对称坡口的焊缝上进行跟踪,取得了良好的效果。     

Arc welding robot system with seam tracking and weld pool control based on passive vision

The automatic control in square-wave alternating current (AC) gas tungsten arc welding (GTAW) is significant for a “teach and playback” robot to overcome the variation of the seam trajectory and the seam gap in the welding process. This paper presents a welding robot system based on the real-time visual measurement in the different levels of the welding current. The primary objective is to measure the offset of the torch to the seam center and the size of seam gap by passive vision, track the seam and control the weld pool in real time. A novel visual image analysis algorithm was developed for seam tracking and seam gap measuring, free from robot calibration. The control algorithm based on the knowledge base was established to control the weld formation by regulating the welding current and wire feed rate. The welding practice for the rocket storage tank demonstrates the efficiency of the proposed system.     

点焊机器人轨迹能耗模型及其优化算法研究

提出一种点焊机器人最优能耗轨迹优化方法,将机器人关节空间中的关键点用五次多项式曲线连接,并基于机器人动力学建立了永磁交流伺服电机驱动的点焊机器人轨迹能耗模型。在考虑运动学、动力学及生产周期约束的情况下,采用蜜蜂进化型遗传算法求解了点焊机器人最优能耗轨迹。为保证算法全局寻优和收敛速度,构建了一种非线性适应度函数。仿真结果表明,与之前算法相比,求解效率更高,且最优能耗轨迹较最短时间轨迹能耗明显减少。     

焊接机器人的摆动焊接轨迹规划策略研究

基于机器人空间直线插补和圆弧插补算法,设计了时间最优的空间直线摆焊轨迹和圆弧摆焊轨迹规划的策略,并于MATLAB软件中完成验证路径算法。最后通过由VS2019搭建的上位机示教软件、基于STM32H7平台设计的运动控制卡和SCARA机器人平台组成的控制系统,验证了算法的可靠性和准确性。实验结果表明,用户可以通过示教焊接机器人的方式获取空间摆焊的参数,并且机器人能够根据获取的参数在限定的轨迹上进行较为高效的空间直线摆焊运动和空间圆弧摆焊运动,具有一定的实际意义和参考价值。     

焊缝跟踪应用的线激光视觉伺服控制系统

设计了一套由三轴直角坐标机器人、线激光传感器和工业计算机组成的焊缝跟踪系统。研究了该系统所涉及的测量原理、特征点测量方法和基于模糊自适应的控制方法。通过高斯核相关算法(KCF)在焊接过程中实时检测焊缝特征点,并根据测量原理计算获得特征点相对于相机坐标系的三维坐标值。设计了一种自适应模糊控制器,通过自适应模糊控制器计算坐标的偏差值和偏差变化率得到焊枪末端运动轨迹的控制量,同时对模糊控制器的输入输出论域、模糊规则和隶属函数进行实时动态更新。实施了焊缝跟踪实验。结果显示:采用最大焊接电流为350 A的惰性气体保护焊(MIG),在强烈弧光和飞溅的干扰下,该系统能实时跟踪焊接工件,跟踪精度为0.325 3mm,传感器测量频率为20Hz。焊接过程中焊枪末端运行平稳,焊缝轨迹跟踪准确,且抗干扰能力,能满足焊接应用要求。     

The acquisition and processing of real-time information for height tracking of robotic GTAW process by arc sensor

Aiming at the deficiencies of the vision technology that canot be used in the height tracking of the 3D weld seam during teaching-playback robot gas tungsten argon welding (GTAW) process, this paper designed a set of arc sensor system for height tracking of weld seam, which can effectively acquire arc voltage signals. The characteristic values of arc voltage signals are extracted and a linear relational model between arc voltage and arc length was established by using appropriate denoising algorithm. The experimental results demonstrate that the error between the arc length calculated by linear model and the real arc length was very small, which is accurate enough to meet the requirements of the follow-up height tracking and controlling during the welding robot GTAW process.     

微间隙焊缝磁光成像卡尔曼滤波跟踪算法

在激光对接焊过程中,实时控制激光束准确对中焊缝是保证焊接质量的前提。针对紧密对接激光焊,研究一种用于微间隙(不大于0.1 mm)焊缝位置识别及跟踪的磁光成像卡尔曼滤波算法。采用磁光传感器实时获取焊接区域的微间隙焊缝磁光图像序列,利用微间隙焊缝磁光图像的灰度梯度特征提取焊缝位置坐标。以焊缝位置及位移量构成状态矢量,建立描述焊缝位置的状态方程和测量方程。同时,假设系统动态噪声和测量噪声为零均值随机分布的高斯白噪声,建立噪声环境下的卡尔曼滤波跟踪算法,计算最小均方差条件下焊缝中心最优预测值,减小系统噪声和过程噪声对焊缝位置测量的影响。试验结果显示,该方法能有效实现激光对接焊微间隙焊缝位置的识别与跟踪。     

机器人手臂笛卡尔空间轨迹计算机仿真规划

研究了基于机器人手臂关节笛卡尔空间的轨迹规划问题。通过在MATLAB软件环境下对该算法的计算机仿真测试试验,使规划的轨迹路径连续而平滑,从而保证机器人运动的平稳性,验证该算法在机器手臂轨迹规划过程中的可行性。重点讨论基于机器人手臂笛卡儿空间运动的轨迹规划和轨迹生成方法。     

基于图像处理的爬壁机器人焊缝识别与跟踪

基于爬壁机器人移动平台和单目相机的图像采集系统,设计了一种焊后焊缝图像处理方法,将改进的自适应中值滤波算法与灰度形态学方法结合,实现从信噪比较高的图像中提取特征。采用基于边缘检测和Hough变换的焊缝位置提取算法,经测试识别准确率达70%,且单幅图像平均处理时间为200ms,能满足管道爬壁机器人行进过程中的实时焊缝跟踪,并提供了一种引导机器人沿焊缝前进的自主定向方案。     

基于Unity3D与Kinect的康复训练机器人情景交互系统

近年来,康复机器人技术的研究已成为康复医学工程与机器人领域跨学科的研究热点。为提高康复训练机器人的交互能力,将虚拟现实技术、机器人技术相结合,研究基于虚拟场景交互的下肢康复训练机器人系统,使用Kinect传感器采集人体的骨骼信息,并运用Unity3D游戏引擎和3D Studio Max软件开发了用于情景交互的虚拟场景,设计了患者与虚拟人物步态同步控制算法,实现了康复训练过程中的同步交互。实验结果表明,同步步态控制算法有效,人机交互良好,可帮助并激励中风患者实现主动的康复训练。     

无导轨球罐焊接机器人的轨迹预估控制

研究讨论了轮式爬壁焊接机器人轨迹跟踪的控制问题。研制的无导轨球罐焊接机器人采用二级跟踪模式，对车体的变速跟踪采用了积分分离的PID控制，对焊枪的轨迹跟踪采用了基于轨迹预估控制算法的PID控制，成功实现了焊接轨迹的高精度跟踪，满足了球罐焊接工艺的需求。     

焊接技术与装备在汽车行业的应用及发展趋势

从自动化焊接技术、中频焊接技术、伺服技术、弧焊技术、激光焊接技术、等离子焊、搅拌摩擦焊等方面,简述了当前焊接技术及装备在汽车行业的应用情况,分析指出焊接机器人自动化柔性生产系统、先进制造技术、自动控制技术以及计算机与信息技术的应用,是未来汽车工业焊接技术发展趋势。     

An active vision sensing method for welded seams location using “circle–depth relation” algorithm

In order to meet the requirement of welded seams location and seam tracking, vision sensor based on circular laser trajectory has been developed and three-dimensional information of welded seams can be calculated in real- time, escaping from shortcomings of less information, explain ambiguity and single tracking direction for “spot” or “line” laser vision sensors. We put forward three vital angles (cone angle α, deflection angle β, and off-axis angle γ) so that welded seams could be described using three-dimensional information. On this basis, a mathematical model of depth recovery according to “circle–depth relation” algorithm is constructed. The relation of depth values and off-axis angle γ under gas tungsten arc welding (GTAW) experiment condition is addressed by real experiment and the characteristic points of welded seams is described and located. Mean square error (MSE) was used to analyze the recovery precision. The results show: (1) Depth recovery for butt joint with V-groove (60°), butt joint with gap, lap joint, corner joint (120°), circular welded seams and ramp welded seams are realized and the recovery accuracy is compulsory for GTAW process; (2) Welded seams can be located very well using proposed vision sensor based on circular laser trajectory; and proposed vision sensor manifested a promising result with high precision and high efficiency.     

基于PMAC的自动导引运输车智能控制

为实现对自动导引运输车（AGV）的智能控制,采用基于PMAC2为核心的计算机控制系统,完成了系统的软、硬件设计;建立了运动学模型,并对AGV航位推算及运动控制算法进行了研究;利用控制算法和陀螺仪、超声波传感器、编码器等检测技术得到了机器人的位姿,并对轮式移动机器人的二次闭环算法进行了仿真和实验,实现了准确定位和智能控制。反复的试验和应用证明,此控制系统和控制算法可行且运行可靠。     

移动机器人自适应抗差无迹粒子滤波定位算法

针对机器人定位过程中传感器感知信息存在野值,加剧粒子退化,导致机器人状态参数滤波值失真,甚至出现定位失败的问题,提出一种机器人自适应抗差无迹粒子滤波定位算法。在重要性采样阶段利用无迹卡尔曼滤波产生优选的建议分布函数,降低系统估计误差,同时有效提升系统的抗噪声能力。同时利用抗差估计原理构造抗差方差分量统计量,并由该统计量引入的自适应因子调节增益矩阵,减弱野值对滤波的影响。实验结果表明,当观测数据中存在野值时,该算法能够有效地控制观测异常误差的影响,定位精度得到了很大提高,并在不同系统噪声和观测噪声方差下,具有较强的鲁棒性和实时性。     

基于六维力传感器的机器人动力学参数辨识

采用基座布置六维力传感器的方式进行机器人动力学参数辨识。以递推牛顿-欧拉方程为基础建立机器人动力学模型，给出六维力传感器输出与机器人关节间动力学关系，分离待辨识动力学参数并确定其最小惯性参数集，最终建立基于基座六维力传感器的机器人辨识模型。为了进一步提高辨识精度，采用两层低通滤波算法推导出加速度替代公式和速度滤波算法，减少加速度和速度噪声的影响。最后，以六自由度协作机器人的前2个关节为对象，设计辨识实验，获得两关节的最小动力学参数集。通过结果逆向验算表明，基座布置六维力传感器方式能以较高的精度辨识出机器人动力学参数。     

一种适合焊接专机的激光焊缝跟踪应用

为确保焊接过程中焊枪始终沿焊缝运动,提升焊接质量,采用基于主动视觉传感技术的新一代激光视觉传感器实时采集焊缝轮廓的图像,由传感器控制柜按在PC界面上选定的算法进行图像处理与特征识别,提取焊缝跟踪点的位置坐标,并根据标定的参考位置和预设的比例关系转化为模拟电压量输出,进而驱动十字滑台上的伺服电机带动焊枪做出相应的纠偏动作。可编程逻辑控制器(PLC)被用来实现焊枪初始定位、滑台的手动控制与自动跟踪模式切换、安全互锁等功能。最终建立了一套适用于焊接专机的焊缝自动跟踪应用系统。实验结果表明,该系统安全实用,具备了良好的实时跟踪能力。     

飞机泊位系统中移动距离测量与显示的研究

研究一种飞机泊位过程中基于多传感器的飞机移动距离测量与显示系统,该系统采用单片机、激光对射式传感器、优先编码器、LED显示屏等器件,实现了在飞机泊位过程中对飞机移动距离的测量,将测量结果通过单片机处理并传输给移动距离显示屏进行显示.此系统可为飞行员提供清晰的飞机移动距离信息,进而实现引导飞机停靠的功能.     

基于最大一致的水下目标协同定位

针对水下运动目标定位时,现有的平均一致无迹Kalman 滤波器仅能实现近似一致而带来定位精度低的问题,提出一种分布式最大一致无迹 Kalman 信息滤波算法。首先,建立目标与传感器模型,构建水下目标协同定位框架;然后,通过等价变换将集中式无迹 Kalman 滤波算法改写为信息滤波形式,降低传感器计算维数;最后,对改写后的信息向量和信息矩阵采用最大一致处理策略,并引入虚拟节点技术来处理节点同值问题。结果表明,所提算法的定位轨迹与目标实际轨迹重合度更高且误差整体水平更小,验证了所提算法的有效性。     

焊接机器人的应用现状与技术展望

介绍了焊接机器人技术发展的历程，从焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等七个方面阐述了技术研究的现状，并对未来发展趋势作了展望，指出视觉控制技术、模糊控制技术、神经网络控制及嵌入式控制技术将是焊接机器人智能化技术发展的主要方向。