Seam-tracking based on dynamic trajectory planning for a mobile welding robot

A new seam-tracking method based on dynamic trajectory planning for a mobile welding robot is proposed in order to improve the response lag of the mobile robot and the high frequency oscillation in seam-tracking. By using a front-placed laser-based vision sensor to dynamically extract the location of the weld seam in front of torch, the trend and direction of the weld line is roughly obtained. The robot system autonomously and dynamically performs trajectory planning based on the isometric approximation model. Arc sensor technology is applied to detect the offset during welding process in real time. The dynamic compensation of the weld path is done in combination with the control of the mobile robot and the executive body installed on it. Simulated and experimental results demonstrate that the method effectively increases the stability of welding speed and smoothness of the weld track, and hence the weld formation in curves and corners is improved.     

Experimental study of weld position detection based on keyhole infrared image during high power fiber laser welding

Keyhole is one of the important phenomena in high-power laser welding process. By studying the keyhole characteristic and detecting the seam offset during high-power fiber laser welding, an infrared sensitive high-speed camera arranged off-axis orientation of laser beam was applied to capture the dynamic thermal images of a molten pool. The 304 austenitic stainless steel plate butt joint welding experiment with laser power 10 kW was carried out. Through analyzing the keyhole infrared image, the weld position was calculated. Least squares method was used to determine the actual weld position. Image filtering technique was used to process the keyhole image, and the keyhole centroid coordinate were calculated. Also, least squares method was used to fit the keyhole centroid curve equation and establish a nonlinear continuous model which described the deviation between keyhole centroid and weld seam. The heat accumulation effect affected by the infrared radiation was analyzed to determine whether the laser beam focus spot deviated from the desired welding seam. Experimental results showed that the keyhole centroid has related to the seam offset, and can reflect the welding quality.     

3-RPC型并联机器人模糊滑模轨迹跟踪控制研究

分析了直流伺服电机驱动的3-RPC并联机器人的运动学反解,并对其进行了轨迹规划;设计了传统滑模控制及模糊滑模控制,建立了仿真模型,并完成了各支路的期望运动的轨迹跟踪。仿真结果表明:模糊自适应增益滑模控制比传统滑模控制精度更高,响应时间明显更快,更能有效地消弱控制中带来的抖振现象。     

基于路程检测的机器人运动控制研究

机器人比赛赛道日趋复杂,由以往单一的直线、转弯增加了上坡、下坡等难度,鉴于机器人比赛赛道的复杂性,提出一种基于路程检测的控制机器人运动的方法,保证机器人顺利、快速地在各种赛道上行进。采用串口位置控制和光码盘共同进行路程检测方法,通过建立直流伺服电机的数学模型,根据PID算法调整机器人运动姿态,详细计算出不同路段下的机器人速度,给机器人运动轨迹控制提供重要参数。通过实验场地测试,结果表明:采用此方法,机器人能稳定、可靠、快速地在复杂的赛道上行进。     

恒温型热线风速测量系统稳定性研究与试验验证

在恒温型热线风速测量系统中,当放大器增益、热线工作过热比、惠斯通桥臂电阻和偏置电压等参量配置不当时,恒温型控制回路会进入失效状态使系统不能正常工作。本文分别对上述参量引起热线风速测量系统失效的机理进行了仿真研究,结果表明：惠斯通桥臂电阻确定了系统固有稳定工作区的大小,当热线工作过热比和放大器增益配置点进入固有稳定工作区时,系统在任何工况下均能稳定工作,否则在其他参量配置不当时就会失效;提高偏置电压能使系统脱离失效状态恢复正常工作。因此,提出了基于偏置电压的恒温型热线风速测量系统稳定性控制方法。试验结果表明,基于偏置电压的稳定性控制方法能有效避免系统失效,且调节过程简单,便于提高恒温型热线风速测量系统的测量性能。     

论煤层气AVO分析对地震勘探偏移距的要求

使用Zeoppritz方程组弹性模量近似式研究了煤层气储层顶板界面P波反射系数R(θ)随入射角和折射角平均值θ的变化及梯度d(R(θ))/dθ,并与天然气储层顶板界面的对应量比较,以确定煤层气AVO分析对地震资料偏移距的要求。由于煤层气储层顶板界面的d(R(θ))/dθ有极值点,而天然气储层顶板界面R(θ)是随θ单调变化的,因此,煤层气AVO分析对地震资料偏移距的要求不同于天然气AVO分析,小偏移距也能用来做煤层气AVO。建议根据煤层气储层顶板界面d(R(θ))/dθ的极值点确定煤层气AVO分析需要的最佳偏移距,并结合实例确定了最佳偏移距的3种方法。     

主被动磁悬浮高速转子系统的自动平衡控制

针对主被动磁悬浮转子高速旋转时质量不平衡和被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力问题,提出了一种基于位移陷波加前馈补偿的自动平衡控制方法。首先,在转子为零位移控制状态下提取控制电流的同频成分,计算获得与被动磁轴承磁中心偏移相关的参变量;然后,在额定转速下设计通用陷波器以消除同频电流,前馈补偿主动磁轴承、被动磁轴承位移负刚度力和被动磁轴承磁中心偏移力,使主被动磁轴承的同频输出力为零,实现了转子绕惯性中心旋转。对提出的方法进行了仿真和实验验证并与仅补偿质量不平衡的算法进行了对比。仿真结果显示:提出的方法的同频磁轴承力减小到了只进行质量不平衡补偿算法的6%;实验结果显示:同频振动加速度减小到只进行质量不平衡补偿算法的23.3%。仿真和实验验证了该方法的有效性,表明该方法对同频振动抑制效果显著,实现了转子的自动平衡控制。     

离心压缩机内固粒运动规律与冲蚀磨损的数值模拟

针对离心压缩机叶轮的冲蚀磨损问题,利用FLUENT中离散相模型、质量冲蚀率模型,对压缩机内部不同粒径的固体颗粒的运行轨迹、运动速度、偏聚浓度及造成的叶片冲蚀率的分布进行了数值模拟。结果表明:粒径为5~20μm的绝大部分的固体颗粒流经大叶片压力面附近流道;固体颗粒在运动到叶片前缘过程中速度迅速升高,在压力面腹侧会有所减小,后缘处重新升高;大叶片后缘根部固体颗粒浓度高、运行速度快,冲蚀磨损严重,且固体颗粒直径越大对大叶片压力面造成的冲蚀磨损越严重。     

非连续路段下移动机器人的轨迹跟踪

针对轮式移动机器人在非连续路段下的轨迹跟踪问题,对移动机器人数学模型和道路模型的建立、轨迹信息的获取以及控制器的设计进行了研究。首先分析了移动机器人的运动学方程及对摄像机的标定,通过建立移动机器人的直线轨迹跟踪模型,并用二值化方法对非连续路段进行了图像处理,提取了图像中非连续路段信息,实现了移动机器人在轨迹跟踪过程中运动的可靠性;然后基于Lyapunov函数设计了渐进稳定的轨迹跟踪控制器,使移动机器人能够在连续路段和非连续路段跟踪确定路径;最后通过Matlab进行了仿真。仿真结果表明,所设计的控制器和算法能使移动机器人的跟踪误差快速收敛于零,轨迹跟踪效果良好,适用于移动机器人对非连续路段的轨迹跟踪控制。     

基于S型曲线轨道的机械系统残留振动抑制

针对车床进给系统,起重机以及材料搬运系统等广泛应用于各种工业场合的机械系统中所存在的振动问题,提出一种基于S型曲线轨道生成法实现其残留振动的抑制。给出含有振动特性的机械系统的简易动力学模型,基于该模型通过理论分析得到可以抑制残留振动的S型曲线轨道的充分必要条件,数值仿真验证该条件的有效性,将上述条件应用于桥式起重机系统并通过实验结果进一步验证其有效性。该轨道可应用于常用的工业控制器中,从而降低其安装成本。