用于核环境管道维修的宏-微机器人遥控焊接

针对复杂核环境的管道焊接维修,提出了一种宏-微结构的机器人遥操作方法实现遥控焊接.通过工具转换接口和气动夹紧模块完成宏机器人与微机器人的快速连接.在宏机器人与微机器人之间加入六维力觉传感器,使宏-微的机器人遥操作中具有主动柔顺性.设计了宏-微遥操作机器人的控制器,并重点对重力补偿、管道自适应装配策略、弧长控制等进行了研究,实现了远端环境中的管道抓取、装配以及遥控焊接.结果表明,宏-微结构的机器人遥操作遥控焊接系统能够快速完成极限环境下的管道焊接维修,焊接质量稳定可靠.     

遥控焊接工具装配力控制的重力补偿算法

在"宏观遥控,局部自主"控制思想的基础上,建立了机器人遥控焊接工具装配力控制试验系统.通过工具重力计算和线性最小二乘进行工具负载参数标定,并提出了基于工具负载参数的重力补偿算法,用于消除工具装配力控制过程的重力干扰.针对专用的装配工具,进行了负载参数标定试验和无接触条件下的重力补偿试验.结果表明,工具重力补偿算法达到了较高的精度,重力补偿的最大误差小于1 N,重力矩补偿的最大误差小于0.1 N.m,能够满足工具装配局部自主力控制的需要.     

机器人遥控焊接力觉传感与控制进展

为了完成遥控焊接过程涉及的非结构化环境接触任务,机器人遥控焊接系统需要具有力觉传感与控制功能.通过对机器人力控制理论和工业机器人集成力控制策略研究的综述,结合遥控焊接非结构化环境接触任务中存在的主要问题,提出了适合遥控焊接任务特点的力控制策略,并从双向力反馈遥操作、接触力控制以及力觉精确建模三个方面分析了力觉传感与控制技术在机器人遥控焊接领域中的应用,最后探讨了机器人遥控焊接力觉传感与控制研究的发展趋势.     

基于触觉传感遥控焊接遥示教防碰撞控制策略

在遥控焊接遥示教过程中,为避免遥控焊接从机器人和焊接工件产生强烈碰撞,通过对遥控焊接触觉系统的从机器人与焊接环境接触力分析,在接触力PID控制模型基础上,提出了遥控焊接柔性力接触控制策略.包括遥控焊接接触力分段控制策略、异常情况的接触力稳定性监控决策算法、任务自适应仿人智能算法.结果表明,和常规PID控制器比较,采用接触力柔性接触控制策略,能够明显减小接触力振荡幅值, 缩短接触力稳定时间,提高了遥控焊接遥示教从机器人与焊接工件之间力交互作用下的操作性能.     

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.     

焊接自动线和焊接机器人

基于立体视觉的遥控焊接机器人任务空间三维建模;机器人遥控焊接力觉传感与控制进展;基于焊件三维装配体的机器人焊接离线编程;冗余度弧焊机器人位置优化建模及算法;用于TIG焊的机器人化综合装置[俄];     

焊接自动线和焊接机器人

基于立体视觉的遥控焊接机器人任务空间三维建模;机器人遥控焊接力觉传感与控制进展;基于焊件三维装配体的机器人焊接离线编程;冗余度弧焊机器人位置优化建模及算法;用于TIG焊的机器人化综合装置[俄];     

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.     

具有惯性补偿的机器人变刚度碰撞传感器研究

针对现有机器人手部碰撞检测装置灵敏度低和适应性差的问题，基于电磁力伺服的可变刚度手部惯性力补偿机制，设计一种具有惯性自适应功能的变刚度机器人碰撞传感器。该传感器的碰撞触发力阈值随机器人手部惯性力而自适应改变，以消除惯性力对碰撞检测的影响并实时提高碰撞检测的灵敏度。碰撞实验结果显示：该电磁变刚度方法可显著降低传感器预紧弹簧的压缩力，提高机器人末端执行器碰撞过程的动态检测灵敏度，进而提升机器人在人机协作中的碰撞检测和安全防护的智能化水平。     

用于遥控焊接的管道全位置焊接装置

为了解决核环境下的管道维修问题,适应遥控焊接机器人的实际应用需求,研制出一套针对核环境下小口径管道的全位置自动焊接装置.重点介绍了该装置的系统构成及各组成部分的设计分析、工作原理和自动控制系统.结合遥控焊接机器人的视觉和力觉等传感技术,对该装置进行了功能验证试验.试验证明该装置用于遥控焊接机器人时可以实现装夹和拆卸,满足自动装卸、速度可调、位置可控,且其圆周运动误差满足管道全位置焊接的要求.结果表明,该装置能够实现管道全位置焊接,焊缝外观成形良好.     

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.     

力觉临场感遥控焊接信号传输抗干扰技术

在遥控焊接中,存在焊接电源和焊接电弧产生的高频干扰,对力觉临场感遥控焊接信号传输造成强干扰。针对遥控焊接中高频干扰源及其传播途径,设计抗干扰遥控焊接信号传输网络,提出了遥控焊接长信号线布线原则,对从手力觉信号采用神经网络滤波法去除干扰噪声。通过采取上述抗干扰措施,使遥控焊接控制信号传输可靠,力觉临场感真实,焊接操作者能通过力觉临场感对遥控焊接进行准确遥操作。     

直线电动力加载系统多余力抑制方法

对基于电动推缸的直线力加载系统多余力抑制方法进行研究。由于被测产品启动/停止瞬间的速度突变,力加载系统不能及时响应,造成加载系统多余力的产生,引起巨大的力超调。采用基于结构补偿和速度补偿的复合控制方法对多余力进行抑制,并设计非线性控制器。试验结果表明：尽管电动推缸存在较强的非线性因素,该方法仍能明显降低大惯量力加载系统的多余力。     

遥控焊接力觉临场感仿人智能控制

通过对遥控焊接过程力觉误差目标轨迹分析,在力觉临场感PID控制模型基础上,提出了遥控焊接力觉临场感仿人智能控制策略,实现了遥控焊接力觉仿人智能控制特征模型、特征辨识、特征记忆、多模态控制和多目标决策。试验表明,和常规PID控制器比较,采用仿人智能控制,更能使焊接操作者具有良好“手感”,增加对遥控焊接复杂任务操作能力,提高遥控焊接质量。     

遥控焊接机器人工具转换接口的对接试验

针对极限环境下的设备维修任务,遥控焊接机器人不仅需要完成焊接操作,还需要完成焊前准备和焊后处理.通过工具转换接口可以使遥控焊接机器人连接各种作业工具,提高了其通用性,但是增加了操作复杂性.因此,验证遥控焊接机器人工具转换接口对接操作的可行性是保障其实际应用的重点.利用视频反馈、力觉反馈、操纵杆和人机交互界面等组成遥操作试验环境.根据反馈信息,通过手动遥操作,利用遥示教的方式完成了遥控焊接机器人工具转换接口的对接试验,分别记录遥操作时间和对接过程中力和力矩的变化.结果表明,工具转换接口可以完成遥控焊接机器人的对接任务.     

Study on intelligent welding mobile robot with the function of auto-searching weld line

The development of welding robots suitable for specially unstructured working enviroments has been become an important development direction of industrial robot application because large-scale welding structures have been used more and more widely in modern industry. In this paper, an intelligent mobile robot for welding of ship deck with the function of autosearching weld line was presented. A wheeled motion mechanism and a cross adjustment slider are used for the welding robot body. A sensing system based on laser-PSD （position sensitive detector） displacement sensor was developed to obtain two dimensional deviation signals during seam tracking. A full-digital control system based on DSP and CPLD has also been realized to implement complex and high-performance control algorithms. Furthermore, the system has still the function of auto-searching weld line according to the characteristics information of weld groove and adjusting posture itself to the desired status preparing for welding. The experiment of auto-searching welding line shows that the robot has high tracing accuracy, and can satisfy the requirement of practical welding project.