一种基于三维空间的焊缝跟踪精度评价分析方法

为了提高弧焊机器人的焊缝跟踪精度,提出了一种新的焊缝跟踪精度的评价方法,建立了基于三维空间焊缝的精度评价模型,该模型建立了焊接电流、焊接速度和焊枪高度等多个焊接工艺参数与焊缝跟踪精度之间的模型关系. 基于该模型,通过MATLAB对该模型进行仿真分析,验证了所提出精度分析方法和精度模型的正确性及有效性. 结果表明,在焊缝跟踪过程中焊接电流和焊接速度对焊缝跟踪精度影响明显. 该精度分析方法对于焊缝跟踪精度的评价具有一定的参照意义,并且在焊接工艺参数的合理选择时对焊缝跟踪精度具有重要影响.     

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.     

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     

移动焊接机器人焊缝跟踪控制系统设计

为提高移动焊接机器人的焊缝跟踪精度,结合RBF神经网络和PID控制设计了一种焊缝跟踪控制系统。介绍了焊接机器人系统组成并建立了相应的运动学模型,重点论述了RBF神经网络结构以及控制器的设计方法。通过神经网络在线辨识梯度信息,根据梯度信息在线调整比例、积分、微分系数,以提高系统控制性能。仿真结果表明:采用所述控制方法,能较好地实现复杂轨迹跟踪。在焊缝跟踪过程中,移动焊接机器人运行平稳,具有较高跟踪精度。     

基于人机工程的主从机器人遥控焊接焊缝跟踪误差分析

主从机器人遥控焊接要求具有较高的运动轨迹跟踪精度和足够的焊接速度,但是当操作者手动操作主机器人控制从机器人末端焊枪跟踪焊缝时,焊缝跟踪精度不能满足焊接要求的原因至今未知.文中开发了一套由主端控制器、从机器人、工控机和激光传感器组成的主从机器人遥控焊接系统.从人机工程的角度分析了操作者手动操作主机器人控制从机器人末端焊枪跟踪直线焊缝时,影响焊缝跟踪精度的因素.结果表明,操作者的反应时间越长,焊缝跟踪精度越低,并且为了保证焊接过程的稳定性和焊接质量,焊接速度应该由机器人控制.     

基于单层神经元的移动焊接机器人焊缝跟踪方法研究

针对移动焊接机器人焊缝跟踪过程中不确定性因素造成的焊接精度不高的问题,阐述了焊缝跟踪的基本原理并得到了其误差模型,同时建立了基于速度误差的移动焊接机器人动力学模型。为缩短计算周期同时保证控制系统的自适应性,基于单层神经元网络设计了一种焊缝跟踪自适应控制器,并采用Lyapunov函数判定了系统的稳定性。通过MATLAB仿真试验验证了基于单神经元的移动焊接机器人焊缝跟踪方法具有较好的抗干扰性和鲁棒性,表明了所述方法的有效性和正确性。     

基于移动焊接机器人动力学的焊缝轨迹跟踪控制

焊缝跟踪的高精度要求使得跟踪系统动力学问题愈加突出.建立了移动焊接机器人具有非完整力学系统形式的动力学模型,并设计了基于移动焊接机器人动力学和十字滑块协调控制的滑模变结构控制器,考虑了焊接机器人的惯性、电机动力学、工件表面不平度等因素对跟踪精度的影响.理论分析和系统仿真证明了动力学模型和滑模变结构控制算法在焊缝轨迹跟踪中的正确性和有效性.为智能控制方法在移动焊接机器人中离线编程、仿真和动态控制奠定了重要基础.     

基于B3样条曲线的复杂焊缝离线示教及跟踪

介绍了一种采用B3样条进行空间复杂弯曲焊缝跟踪的离线样点示教式控制方法.提出了一种查表方式的改进二分法对插补误差精度进行变步长控制,提高了插补运算的效率和精度.应用该方法对管道焊接时的相贯线进行了Matlab仿真实现.结果表明.该示教控制算法有效,可以实现三维弯曲焊缝的示教/再现,最后基于精密焊接的数控系统对三维弯曲焊...     

基于动力学模型的移动焊接机器人焊缝轨迹自动跟踪

焊缝跟踪过程中对于精度的较高要求使跟踪系统的动力学问题变得尤为突出。针对该问题建立了一种移动焊接机器人的动力学模型,该模型具有非完整的力学系统形式。在焊接机器人动力学以及十字滑块协调控制的基础上,设计了滑模变结构控制器,并考虑了外界因素,如电机动力学、机器人惯性、工件表面粗糙度等对精度的影响。理论和仿真结果表明,建立的动力学模型以及滑模变结构控制的算法正确有效,为智能自动控制方法在焊接机器人的离线编程、动态控制机仿真等方面奠定了基础。     

微间隙焊缝磁光成像NN-KF跟踪算法分析

针对紧密对接微间隙焊缝,分析基于磁光成像的神经网络补偿卡尔曼滤波（kalman filtering compensated by neural network,NN-KF）跟踪算法,建立焊缝位置测量模型并运用卡尔曼滤波对焊缝位置偏差进行最优预测.卡尔曼滤波进行最优估计需建立准确的系统模型和观测模型,而在焊缝跟踪过程中,系统噪声具有非先验性.对于针对测量模型误差、过程噪声和测量噪声对卡尔曼滤波结果的影响,运用反向传播（back propagation,BP）神经网络对卡尔曼滤波结果进行修正,补偿模型误差及噪声统计不确定性造成的滤波误差.结果表明,BP神经网络补偿卡尔曼滤波算法能有效抑制滤波发散,减小噪声干扰影响,提高焊缝跟踪精度.     

热-机械载荷下U形对焊接头的安定性

结合非线性叠加法和通用有限元软件ABAQUS研究了内压和温度载荷下U形对焊接头的安定性,探讨了焊缝几何尺寸及焊接材料对压力管道安定性的影响.结果表明,当焊接材料的弹性模量、线膨胀系数和屈服应力与母材相差很大时,在焊接处产生较大的局部应力,可显著影响结构的安定性,而焊接坡口尺寸对安定域影响很小;建立了一种适于工程安定性评估的简化图解法.     

交叉耦合控制的平移并联机器人位置控制研究

为了改善平移并联机器人对期望位置跟踪的准确性,提出基于交叉耦合控制的集成电液伺服驱动平移并联机器人位置控制。通过对三自由度集成电液伺服驱动平移并联机器人结构和控制方法进行分析,以机器人的末端执行器为基础,定义位置及角度坐标系,在此坐标系上计算并联机器人的逆向和正向运动学解;通过液压轴的伸长长度,求取液压轴的速度和加速度,进而得出集成电液伺服驱动器的动力学模型。以集成电液伺服驱动器的位置误差为基础,求取三自由度下集成电液伺服驱动器的同步误差,利用该同步误差,构造交叉耦合误差模型,进而求取广义误差模型,建立交叉耦合控制器,以实现对机器人的位置进行控制。实验结果显示:与粒子群方法相比,所提方法对正弦及不规则期望位置的跟踪准确度较高,跟踪准确度分别提高了40%和42.15%。可见,所提方法能够对集成电液伺服驱动的平移并联机器人进行准确的位置控制。     

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.     

外部转矩干扰的非完整移动机器人轨迹追踪控制研究

针对外部转矩干扰的非完整机器人运动不稳定、轨迹追踪控制精度较低等问题,提出了无源控制理论的控制方法。构造了非完整移动机器人的动力学模型,介绍了机器人空间运动控制的基本形式。采用无源控制方法设计了机器人末端执行器,使用李雅普诺夫综合法对无源控制闭环系统的稳定性和追踪误差的渐近收敛性进行了证明。结合具体实例,通过Matlab软件对外部转矩干扰的非完整移动机器人运动追踪轨迹和输出转矩进行仿真,并且与PI控制方法形成对比。仿真结果显示,无源控制方法的实际轨迹朝理论轨迹收敛,轨迹追踪误差较小,输出转矩波动小。无源控制方法可以避免外部转矩干扰的非完整机器人运动不稳定,提高轨迹追踪精度。     

一种用于控制工业机器人运动轨迹误差的观测控制策略研究

为了提高工业机器人运动轨迹的控制准确度,提出一种运动误差观测控制策略。分析机器人的组成结构,明确其工作原理。建立工业机器人的坐标系,并在该坐标系上求取机器人连杆间坐标系的变换矩阵;利用连杆间坐标系的变换矩阵,得到机器人末端执行器的运动学模型。以机器人的测量运动误差为依据,联合工业机器人的标称正向运动学模型,求取传感器架以及标称架与底座之间的变换模型;通过该变换模型,计算传感器架相对于标称架之间的位置向量及动态误差变换矩阵,得到测量运动误差值;通过测量运动误差值,构造运动误差观测器,用于获取机器人的估计运动误差,并将估计运动误差联合神经网络控制器,以实现对机器人运动轨迹的准确控制。利用此方法和滑模控制策略对平面和空间标定运动轨迹进行追踪,结果显示：此方法能准确地对平面和空间标定运动轨迹进行追踪,而且与滑模控制策略相比,此方法的追踪精度提高了34.25%。说明此方法能对工业机器人的运动轨迹进行精确的控制。     

基于激光视觉的薄板焊缝跟踪方法研究北大核心

由于示教型焊接机器人在进行汽车薄板件连续焊工艺时存在装夹误差和热变形等问题,导致焊缝实际轨迹与示教轨迹存在较大误差。为提高焊接质量,基于焊接机器人构建激光视觉焊缝检测跟踪系统,提出基于目标估计准则的焊缝跟踪算法,实时跟踪焊缝中心点三维位置变化。以传统图像处理法提取初始帧焊缝特征点,通过改进的孪生神经网络对强干扰下的焊缝特征点进行跟踪提取。通过坐标转换得到机器人基坐标系下的焊缝中心特征点三维坐标。结果表明:该算法能精确提取跟踪焊缝特征点,平均误差为0.48 mm,平均帧率为90帧/s,优于传统图像处理方法和基于相关滤波的方法,能够实现快速准确的跟踪。     

焊接机器人轨迹跟踪研究现状

各类传感器和智能控制方法极大促进了机器人在焊缝跟踪中的应用,不仅提高了焊缝跟踪的精度,同时提高了焊接效率和保证了焊接质量。简述了机器人焊缝跟踪系统的结构,详述了焊缝跟踪过程中各类传感器的工作原理及其特点;阐述了图像处理技术在机器人焊缝轨迹跟踪过程中的研究进展,并对图像的预处理、图像分割与边缘检测和特征提取等研究方法进行了分析。最后,总结了智能控制方法在焊缝跟踪中研究进展及不同形状的焊缝跟踪情况。     

Sliding mode control for mobile welding robot

0IntroductionSliding mode control is an intelligence control methodto realize the linear and the nonlinear system. As an ap-proach for robust control, sliding mode control has beenapplied to the trajectory control of robot manipulators[1 -2],and is recently receiving increasing attention from resear-ches on control of nonholonomic systems with uncertain-ties. The advantages of using sliding mode control includefast response, good transient performance and robustnesswith regard to parameter var…