狭小空间直角角焊缝移动焊接机器人系统研制

针对大型结构件中狭小空间角焊缝焊接,提出了一种基于旋转电弧传感的新型移动焊接机器人系统。系统包括轮式移动本体、二维运动平台、旋转电弧传感器和超声传感器;系统采用二级跟踪策略——机器人本体粗跟踪和二维运动平台精确跟踪,采用旋转电弧传感器作为焊缝跟踪传感器,采用超声传感器作为避障传感器;建立了运动学模型,设计了参数自调整模糊控制器。实验表明该机器人系统能实现小空间中大折角角焊缝的自动焊接。     

基于旋转电弧的机器人角焊缝跟踪建模及仿真

通过对现有旋转电弧传感器采集的焊缝偏差信息和六自由度焊接机器人运动学模型进行研究,结合曲线角焊缝的特点,推导出纠正焊缝偏差后的焊接机器人工具坐标系相对于原工具坐标系的变换矩阵。在此基础上,结合焊接机器人的运动学反解,建立了曲线角焊缝跟踪及焊枪姿态调整模型。输入给定左右偏差及高低偏差信号,利用MATLAB对模型进行仿真验证,结果证明了该模型的有效性与正确性,从而为旋转电弧传感应用于焊接机器人及设计其焊缝跟踪系统提供了理论参考。     

旋转电弧传感器的研制

介绍了电弧传感的基本原理及旋转电弧传感器用于焊接接头跟踪的工作原理。针对焊缝跟踪对传感器的要求，研制了一种适用于焊接机器人的轻便、紧凑、高速旋转的电弧传感器。详细介绍了高速旋转电弧传感器的旋转驱动电路、位置检测电路以及焊接电流采样电路。实验证明所设计的电路抗干扰能力强，旋转速度稳定，测位脉冲可靠，焊接电流的采集线性度好。该电弧传感器已在焊接机器人焊缝跟踪控制系统中得到成功应用。     

电弧传感移动式焊接机器人的数学建模方法及仿真

基于多级坐标变换原理与D—H表示法,推导出电弧传感移动式焊接机器人焊炬的运动学方程,建立了焊缝切线法和机构简化法运动学仿真模型,并进行了MATLAB仿真。通过分析和对比仿真结果,对两种模型的有效性进行了验证,同时也总结出两种方法的优缺点。     

基于旋转电弧立焊装置设计与轨迹规划

设计了一种基于旋转电弧的竖直焊缝焊接机器人机构,采用了工业计算机与运动控制卡进行控制;水平和竖直滑块各采用一个步进电机进行控制,利用滚珠丝杠传动,竖直电机带有刹车,防止竖直滑块下滑,以此提高各滑块的精度和焊接跟踪质量;焊枪由步进电机控制旋转,因此可以在焊接过程中进行焊接姿态调节,能够焊接上下两端的角点,增加操作的灵活性,提高使用性能。焊接过程较为平稳,焊缝成形良好。     

基于ADAMS+MATLAB的移动焊接机器人运动仿真

基于虚拟样机技术对在狭小空间内实现焊接自动化的移动焊接机器人进行研究。采用两自由度轮式移动平台,与万向球形成三点支撑,十字滑块作为二级精确运动平台,配合旋转电弧传感器可完成对平面焊缝的精确跟踪。建立了移动焊接机器人数学模型并讨论其运动学方程。在ADAMS中建立虚拟样机并验证其正确性。针对本移动焊接机器人机构特点,采用ADAMS+MATLAB联合仿真技术对移动焊接机器人移动平台进行分析,使用PID控制对两驱动轮转速进行仿真控制,仿真得出了速度响应曲线,为物理样机实验提供了理论基础。     

以旋转电弧为传感器的移动机器人角焊缝跟踪

研究以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对具有直角转弯的角焊缝进行跟踪焊接的控制方法。采用分段控制的方法设计控制器对水平滑块进行控制,以实现直线段焊缝的跟踪。该控制器在大偏差时采用比例控制,在小偏差时采用参数自调整模糊控制,并利用免疫反馈规律对比例因子进行修正,实现了直线焊缝、小曲率焊缝和小折角焊缝的跟踪。分析直角转角处焊缝跟踪时机器人的运动学模型,并利用旋转电弧传感器检测到的焊枪倾角信息检测直角拐点,利用超声波传感器检测前方焊缝位置,设计控制器对车轮和水平滑块进行协调控制。最后,通过实际焊接试验证明了该方法的有效性。     

实现电弧高速横向扫描坡口的焊炬机构

以MIG／MAG电弧本身作为传感器实现焊缝自动跟踪具有检测适时、抗电磁干扰能力强的优点。本文分析电弧传感器对焊炬在结构及运动上的要求，在研究对比各种结构方案的基础上，提出并研制成功一种新型结构，以空心轴电机驱动，导电杆作圆锥摆动，电弧沿圆周扫描坡口，并有光电测速测位和双偏心套式的旋转半径调节机构。焊炬扫描频率高，电弧传感灵敏度高。运动传动机构简单、巧妙，使得焊炬运转时可靠耐用，体积小、重量轻，有利于工业生产中应用。     

无轨导全位置爬行式弧焊机器人系统

介绍了一种采用新型轮履复合式爬行机构的全位置爬行式弧焊机器人系统,详细地阐述了系统的组成和工作原理。该系统由爬行机构、焊接系统、视觉跟踪系统以及控制系统组成,是一种既无需轨道也无需导向的自动焊接系统。爬行机构具有负重能力强、运动灵活等特点,满足机器人在大型工件上全位置爬行焊接要求。通过大量试验对爬行机构进行了运动分析,建立了机器人运动模型。针对系统的复杂性设计了开关控制器,实现了爬行机构及十字滑块的协调控制,达到焊缝精确跟踪的目的。进行了焊接条件下的跟踪性能试验、全位置多层多道焊接试验,取得了满意的效果,实现了大型工件焊接过程自动化。     

狭小空间不连续折线焊缝识别移动机器人跟踪系统

以自主移动焊接机器人为平台,主要解决船舶制造中船舱底部狭小空间的不连续折线焊缝识别跟踪焊接问题。介绍了移动机器人的硬件结构和工作原理,采用旋转电弧和激光视觉双传感方式,对采集到的电流和图像信号进行处理,分别用于焊缝跟踪和流水孔特征识别。对机器人折线运动进行了分析,对十字滑块和机器人本体的运动进行了规划,通过规划和实时控制相结合的方式进行焊缝跟踪。在开发的硬件平台上,结合VC编程实现信号的采集、处理及控制,经试验和生产现场试用,结果表明,该系统便携灵活适用于狭小空间不连续折线焊缝作业,识别和跟踪效果良好。     

基于旋转电弧传感的弧焊机器人焊缝跟踪系统

研制了一套基于旋转电弧传感的弧焊机器人空间曲线焊缝智能跟踪控制系统。介绍了系统的硬件构成、软件设计及模糊控制方法。研究了不同焊接位置时，焊接熔池金属对坡口的影响作用，提出采用补偿因子加权处理方法，可有效提高平焊、横焊位置焊缝偏差的识别能力。针对立焊位置的脉冲焊接方法，采用形态滤波技术，通过提取脉冲焊接电流的上包络线，利用一次谐波法准确地对立焊焊缝进行了识别。试验结果表明，该焊缝跟踪控制系统对平焊、横焊及立焊位置的曲线焊缝跟踪效果良好，达到焊接工艺要求。     

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.     

新型自动焊跟踪系统

焊接自动化是当前工业中一个急待解决的重要题问,解决这一问题的首要任务是实现自动跟踪。自动跟踪的主要关键又是传感器的研究。Aachen工业大学研究成功一种新型自动焊跟踪系统,其特点是直接利用电弧作为传感器,因而具有其他一切跟踪系统所不具备的优点。但是这种系统也存在一个根本性的缺点,即它对短路过程十分敏感,在短路过渡焊接过程中不能采用。最近Aachen大学对此进行了观察研究,成功地解决了这一问题。本文叙述了这一新型自动跟踪系统的原理,装置以及最近研究的结果。由于这一研究成果,本系统不仅用于射流过渡而且可以适用于短路过渡过程的焊接方法。     

具有模式识别功能的焊接自动跟踪系统

所研制的焊接自动跟踪系统,通过对不同焊道的模式自动识别,很好地实现了对多道埋弧焊的自动跟踪。     

基于焊缝CCD图象模式特征的焊缝轨迹识别

提出了一种基于焊缝ＣＣＤ图象模式特征的焊缝轨迹识别的新算法，其基本思想是将焊缝等分成为段，每段的灰度分布用特征向量来描述，利用前一段的特征向量来识别下一段的特征向量。从而实现焊缝的识别．这种算法具有对各种坡口快速、准确地识别并能自适应局部和整体噪声等特点，可用于机汛无辅助光源焊接焊缝轨迹预规划，并对实时焊缝轨迹进行了识别     

基于电弧传感器的焊缝自动跟踪系统的研究

研制电弧传感器的焊缝自动跟踪系统 ,采用具有先进性能的开关型MIG MAG脉冲焊接电源 ,将电流和电压信号同时用作传感信号 ,通过电弧的扫描 ,既实现了焊接过程的自动跟踪 ,又解决了打底焊道的熔透问题 ,大大提高了产品焊接质量。