箱型钢结构轨道式焊接机器人D-H模型与连续轨迹规划

针对箱型钢的结构特征和焊接过程特点,设计了一款5自由度的轨道式焊接机器人,用于箱型钢结构安装现场的自动化焊接. 采用D-H法,建立了机器人运动学模型,并通过特定的代数方法进行了逆运动学求解,推导出了焊枪末端的空间位姿参数与焊接机器人各关节变量的解析关系模型. 在此基础上,采用连续路径运动的轨迹规划法,在给定焊枪末端轨迹时,对各关节的运动情况进行了MATLAB仿真研究. 结果表明,导出的逆运动学求解模型可用于箱型钢结构焊接机器人的连续运动轨迹和姿态规划和控制,为实施机器人的运动控制奠定了基础.     

多关节焊接机器人轨迹误差补偿解耦分析

由于多种误差源的影响,机器人焊枪末端往往不能按照预定轨迹运动,提出输入附加运动法对各运动关节进行补偿,使焊枪末端产生相应的微小摄动,从而抵消位姿误差.因为6R焊接机器人各关节运动副间存在一定的耦合关系,通过分析焊接机器人各坐标系间位姿变换关系,基于小误差运动假设,建立了误差补偿模型,通过该数学模型可解耦出各关节所需要的补偿摄动量.仿真验证了所提解耦方法以及建立模型的正确性.结果表明,该算法能有效降低焊枪末端位姿误差,为焊接机器人位姿精度控制提供了有效的理论依据.     

水下焊接机器人弧线轨迹平顺运动控制策略

在水下焊接机器人的弧线焊接过程中,为提高焊接质量、改善焊接效率,提出一种弧线轨迹平顺运动控制策略.首先建立焊接机器人的D-H数学模型,推导了机器人的正逆运动学公式,并简化了机器人正运动学公式;然后提出一种6维空间矢量法表示机器人末端的位姿;最后在笛卡尔空间下,采用带抛物线过渡的线性插值方法对机器人的空间位姿进行插补,合理规划了每个路径点对应焊接机器人各个关节的速度、加速度.采用以上控制策略进行水下焊接试验.结果表明,所得焊缝平整光滑,提高了焊接质量,缩短了焊接时间.     

中厚板复杂焊缝机器人自动跟踪系统

针对中厚板复杂焊缝轨迹变化的不确定性、焊枪位姿难以实时调整的问题,开发了一套用于中厚板复杂焊缝自动焊接机器人自动跟踪系统。利用激光位移传感器采集复杂曲线焊缝信息,建立工件坐标系,根据采样点对焊缝路径进行函数拟合,使得焊缝路径的曲线轨迹变得圆滑连续。根据曲线轨迹函数采用齐次坐标变换矩阵实时改变焊枪位姿,并结合导轨和机器人的运动,完成复杂焊缝曲线轨迹的插补。根据多层多道焊的焊接工艺要求,确定各焊道的偏移量,实现轨迹再现,完成中厚板复杂焊缝的多层多道自动跟踪。     

复杂空间曲面焊接机器人自动编程系统

针对机器人在空间曲面焊接过程中需要保持焊接速度和焊炬位姿恒定的工艺要求,提出了一种适用于复杂空间曲面焊接机器人的运动规划方法,该方法采用NURBS曲线对三维点云描述的空间轨迹进行光顺逼近,建立机器人配合变位机组成的多自由度焊接系统运动学模型并进行逆运动学求解.开发了一套完整的复杂空间曲面焊接机器人自动编程系统.以翻领成型器为例进行了复杂空间曲面焊接机器人的自动编程及焊接试验.结果表明,文中提出的复杂空间曲面焊接机器人运动规划方法和自动编程系统能够顺利完成焊接任务,且运动平稳,具有良好的焊接轨迹精度.     

基于船形焊的双机协作路径规划

深入研究工业机器人通过协作与变位机进行船形焊接的路径规划.考虑到船形焊接工艺要求,设计在焊枪姿态约束下的机器人运动平稳性能评估指标,并作为评价焊接目标函数;利用灰狼优化算法对协作焊接路径进行目标寻优,使得焊缝中所有焊接点处于最优的船形焊接位姿且焊枪处于理想焊接姿态.结果表明:整个焊接过程中机器人与变位机的轨迹都十分平滑...     

基于需求设计的并联结构相贯线焊接机器人

相贯线焊接接头是一种复杂的空间曲线焊缝形式,给焊接运动控制提出了较高的要求.本研究从相贯线数学模型出发,运用D-H方法建立运动学逆解模型,基于整体考虑实际焊接需求的机构设计与简化控制策略思想,提出一种具有四自由度的并联式焊接机器人实现整体旋转、升降及焊枪手腕机构的解耦控制.以一种斜插相贯线轨迹为例,通过运动仿真,初步验证了所设计的机构及控制策略的正确性.最终制作出并联结构相贯线机器人实物.本研究设计的机器人具有小型化、高刚度、运动解耦的特点,为实现精确的运动轨迹控制提供硬件准备.     

开放式管道插接专用焊接机器人控制系统

针对管道插接形成的空间相贯线焊缝,开发了一套基于PC+PMAC模式的开放式焊接机器人控制系统.提出以焊缝位姿信息为基准的焊枪轨迹控制、焊枪姿态控制和焊接工艺参数控制的三位一体逻辑控制模式,实现了真正意义上的焊接机器人运动与焊接电源参数的集成化控制.提出连续参数控制和规划参数控制两种控制方法,建立了分层递阶结构的控制系统软件,实现了焊接过程的状态检测.结果表明,该控制系统适应性强,系统运行平稳可靠,能够很好的完成空间相贯线的焊接任务.     

双机器人协调焊接任务规划及仿真

针对复杂曲线焊缝,对一台机器人夹持待焊接的工件,另一台机器人对物体进行焊接的双机器人协调焊接运动问题展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,采用非主从式运动学轨迹规划,给定待焊接物体上某一点u的位姿,通过点u到焊接机器人和夹持机器人工具末端的两个约束矩阵,分别计算得到焊接机器人和夹持机器人的末端轨迹;焊接过程采用船形焊缝约束,保证焊枪与焊缝在弧焊过程中始终处于接头成形良好的位置,建立双机器人协调焊接Solidworks-SimMechanics仿真平台,并对一个管道直角钢制弯头的协调焊接进行了运动学轨迹规划和仿真.结果表明,建立的平台能精确和有效地对双机器人协调焊接运动进行任务规划和分析,机器人运动轨迹与规划的轨迹一致.     

焊接机器人虚拟样机轨迹模拟和运动仿真分析

根据焊接机器人的结构特点,对其进行了模型简化,在对机器人进行正向运动学分析的基础上,运用Denavit-Hartenberg(D-H)矩阵法,求解出焊接机器人末端位姿的数学模型,完成了焊接机器人空间位姿的描述;运用ADAMS软件,建立了焊接机器人的虚拟样机模型,仿真得出了模型的末端轨迹,并与数学模型求解结果进行对比,验证了数学模型的准确性与可靠性;对其进行运动仿真分析,测量并研究了机器人各关节运动学参数的变化情况,为后续焊接机器人的设计和制造提供了依据,对于精确确定焊枪工作位置、确保焊接质量、降低产品废品率有重要意义.     

Teleoperation strategies research for collaborative welding systems based on virtual reality

Teleoperation control strategies for collaborative welding system which is targeting at giving full play to human's superiority is designed and the fitness for teleoperation welding task of which are studied. During the teleoperation welding process, 6-DOF controller's signal can be converted into welding torch's position, velocity or acceleration changing which is being controlled. For welding purposes, control strategies of four modes are designed, which are static position and posture mode, dynamic position and posture mode, velocity mode and acceleration mode. A test and analysis system for testing the tracking accuracy and reliability of control strategy based on virtual reality is developed. The tracking accuracies of the four control strategies are studied in the following tests with straight line trajectory, curve trajectory or space curve trajectory. The results show that the control strategy in dynamic position and posture mode has best stability and strong adaptability which is the most suitable for the teleoperation system.     

双机器人协同焊接的轨迹优化

提出一种双机器人协同焊接轨迹优化方法.基于弗莱纳-雪列矢量理论,建立并修正复杂焊缝离散点坐标系.在双机器人协同焊接有效工作空间内,以最佳焊位、焊接速度恒定、无碰撞以及一定焊枪工作位姿为约束条件,确定双机器人初始焊接点可行域.基于焊接平稳性思想,以焊接全过程双机器人各关节角位移变化总量最小化为优化目标,获取最优初始焊接点和其对应的最优焊接轨迹.搭建试验平台,比较最优初始焊接点和其它可行点的协同焊接轨迹.对各关节的平均角速度、角速度波动性、峰值和焊接时间四个方面分析.结果表明,提出轨迹优化方法是有效的.     

管道全位置遥控焊接装置控制系统

核环境中的管道焊接修复,需要采用遥控方式来完成.根据核环境下管道修复的特点,在自主开发的小口径管道全位置焊接机头的基础上,对遥操作控制系统进行了研究.系统由工控机上插接PC—6501D板卡组成,通过VC++6.0编程提供驱动器的信号,实现整个系统的运动.加入闭环弧压反馈调节机构,以保证全位置焊接过程中电弧长度稳定,提高焊缝成形质量.结果表明,控制系统可以实现全位置焊接的速度和方向可调,并且在闭环弧压反馈调节的控制下,电弧电压的偏差不超过±0.2V,焊缝成形好.     

基于多传感器的焊枪定位系统的设计

针对焊接模拟器中焊枪的定位,设计了一种新型的焊枪定位系统.该定位系统在焊件上布置有感应线圈膜,基于电磁感应得以确定焊枪在工作平面上的投影坐标x和y值,应用光纤传感器测量焊枪与焊件的距离,并通过空间几何转换从而间接确定焊枪的z坐标,应用焊枪内置的三轴陀螺仪和三轴加速度传感器模块获得焊枪的姿态,最后根据空间位置关系推导出了熔池的位置和操作者的动作,从而完成了焊枪定位系统的设计.结果表明,该设计能够较好地满足了虚拟焊接模拟器焊枪定位精度和实时性的要求.     

主管旋转式相贯曲线自动焊接模型与仿真

相贯管道的主管旋转式焊接方式能够实现相贯焊缝的全过程平角焊,降低工艺复杂度并提高焊接质量. 为了实现相贯管道的自动化焊接,建立了主管旋转式相贯曲线自动焊接模型. 以一般性相贯管道几何模型为基础,用齐次变换矩阵分析了焊缝特征和焊枪姿态,得出了主管旋转角的变化规律及焊枪与世界坐标系的空间位置关系. 利用MATLAB和OpenGL对相贯管道的几何模型和焊接过程的运动模型进行了仿真. 结果表明,该自动焊接模型是可行的,可以用于主管旋转式相贯曲线自动焊接的实时插补或离线编程.     

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.     

基于机器人遥操作的遥控焊接最新研究进展

用于遥控焊接的机器人遥操作系统(welding telerobotics system,简称WTRS)结合了机器人遥操作技术与焊接技术.通过综述基于机器人遥操作的遥控焊接研究最新进展,分析了遥控焊接中存在的主要问题,对基于临场感技术,图形仿真机器人遥操作系统关键技术在焊接中的应用进行了探讨,强调了用于遥控焊接领域的遥操作控制策略和系统体系结构,并探讨了WTRS的研究方向和发展趋势.     

基于熔池图像尖端特征规律的焊接偏差测定方法

通过对管道全位置熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)熔池图像的研究分析,发现并验证了其根焊熔池图像尖端与焊缝坡口中心位置重合的现象,依据此规律性特征,提出了一种基于熔池图像尖端信息的焊接偏差测定方法.该方法的基本原理是,在对焊接过程熔池CCD图像进行中值滤波、小波变换、连通区域分割等图像处理后,以搜索算法测得的根焊熔池图像尖端位置信息作为焊缝坡口中心位置的坐标值,此值与焊丝中心坐标值之差即为焊接偏差量.试验证明,此方法能从根焊熔池图像中实时测定焊接偏差量,为实现机器人自动焊缝跟踪控制提供了可靠依据.     

基于跟踪微分器的移动机器人轨迹规划与跟踪控制研究北大核心

针对移动机器人的轨迹规划和轨迹跟踪控制问题,提出一种加速度和速度约束情况下,通过贝塞尔曲线拟合参考轨迹,再利用跟踪微分器规划平滑速度的轨迹规划新方法;基于Backstepping方法,建立机器人位姿误差方程并进行控制器的设计,同时分析了控制参数对轨迹跟踪性能的影响;将轨迹规划方法和控制算法结合,并在仿真平台和移动机器人实物平台上进行实验验证。实验结果验证了轨迹规划算法和控制器的可靠性及有效性,相比于未进行速度规划、速度不连续和滑模控制等方法,提出的方法控制平稳且有效减少了位姿误差。     

一种电子束扫描焊控制技术

阐述了由有限线段和圆弧组合逼近二维焊缝轨迹扫描焊的三步骤:示教寻迹、轨迹计算和扫描焊.采取斜角与直角坐标数据互换,解决制造工艺引起的x,y扫描轴不垂直问题;采用以电子束偏转幅值及速度为因变量动态校正偏扫励磁电流方法,解决扫描轨迹失真问题;采用以电子束偏移矢量为因变量动态校正聚焦励磁电流方法,解决偏转后束斑散焦问题."跑道"形焊缝扫描焊试验结果为:焊缝偏离中心小于0.08 mm、焊缝深度误差小于0.13 mm、焊缝表面宽度误差小于0.16 mm,结果表明,电子束扫描焊三步骤能够比较精确地复现焊缝轨迹及较好的焊接效果.