双金属锯条激光焊接机焊缝轨迹跟踪控制模型构建

以提升双金属锯条激光焊接机焊缝轨迹跟踪精度为目的,构建双金属锯条激光焊接机焊缝轨迹跟踪控制模型。采用基于自适应感兴趣区域的方法预处理焊缝轨迹图像,利用水平投影法获取焊缝轨迹中心线,根据焊缝位置处激光条纹有间断的特点,经由扫描激光条纹中心线可以获取焊缝的特征信息,由此确定焊缝轨迹。考虑非完整约束性,利用Lagrange动力学方法描述双金属锯条激光焊接机的动力学模型,基于动力学模型,根据跟踪过程中焊枪点与焊缝轨迹中心线的距离和横向滑块的极限长度间的相关性,制定不同的焊缝跟踪控制策略,考虑双金属锯条激光焊接机的惯性、工件表面不平度等因素,设计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模型。应用测试结果显示该模型控制下,研究对象焊缝轨迹跟踪结果与实际轨迹基本重合。     

四轴相贯线自动化焊接设备的研究

针对传统相贯线焊接设备中存在的问题,以及为了提高焊接过程的可靠性和焊缝精度,经过多次选型和仿真,设计了一套相贯线自动焊接设备.该设备样机采用多轴运动控制卡ADT836作为核心控制器,以步进电机驱动器、步进电机和光电编码器组成了伺服系统,通过引入PID半闭环控制和基于速度与加速度的前馈控制提高了系统精度,通过控制四轴联动完成了相贯线的焊接;运动控制卡和伺服系统中可调定的参数由多次试验总结而得.样机的试验结果表明,相对于传统的相贯线焊接设备,该设备的稳定性好,生产效率较高,能获得精度更高的焊缝,说明自动化焊接设备在相贯线焊接中能得到很好的应用.     

相贯线焊接机器人多层多道焊轨迹规划算法研究

为了提高相贯线焊接机器人埋弧多层多道焊的焊接效率,提出了一套多层多道焊轨迹规划策略。设计出一种焊缝填充方法,即首先确定每层焊缝的高度,根据每条焊道的焊接参数调整焊道宽度;通过对相贯线插补算法的研究,设计出多道焊轨迹规划的算法,即通过改变每条焊道在相贯线插补算法中的半径参数R和r,即可计算出不同焊道相贯线轨迹点坐标。通过MATLAB仿真结果显示,该方法能够满足多层多道焊轨迹规划的要求,为相贯线焊接机器人的运动控制提供了理论基础。     

移动式焊缝跟踪机器人跟踪精度估算方法研究

焊接过程中对焊缝能否进行精确跟踪控制是衡量焊缝性能优劣的重要指标,也是焊缝跟踪产业化中较为关键的一步。为了提高焊接过程中焊缝的跟踪控制精度,通过对自由度焊接机器人模型进行简化,提出了定步长和变步长的焊缝跟踪精度分析方法,建立了在不同控制方案下的焊缝跟踪精度的数学模型。通过定步长与变步长的焊缝跟踪精度模型,得到了两种不同模型下的焊缝跟踪精度分析方法,最后通过仿真分析验证了定步长和变步长的焊缝跟踪精度分析方法的有效性和正确性。     

6R工业机器人在球管相贯焊接中的轨迹规划

球管相贯焊缝是典型的、复杂的空间曲线。建立简便、准确的相贯线数学模型,是满足焊枪头在加工过程中对姿态要求严格的前提。针对6R工业机器人的特殊结构和在加工过程中焊接工艺的要求,提出了一种控制焊枪头位置和姿态的连续轨迹规划方法,并根据球管相贯的模型特点,给出了一种由球面上三点确定相贯线的焊枪位置插补算法。最后对机器人的轨迹规划方法进行实验分析,证明了该轨迹规划方法能够完成焊接头位置和姿态的有效控制。该方法控制简便、计算量小、通用性强,对工业机器人在加工相贯线焊接时的轨迹规划有重要的参考价值。     

焊缝跟踪应用的线激光视觉伺服控制系统

设计了一套由三轴直角坐标机器人、线激光传感器和工业计算机组成的焊缝跟踪系统。研究了该系统所涉及的测量原理、特征点测量方法和基于模糊自适应的控制方法。通过高斯核相关算法(KCF)在焊接过程中实时检测焊缝特征点,并根据测量原理计算获得特征点相对于相机坐标系的三维坐标值。设计了一种自适应模糊控制器,通过自适应模糊控制器计算坐标的偏差值和偏差变化率得到焊枪末端运动轨迹的控制量,同时对模糊控制器的输入输出论域、模糊规则和隶属函数进行实时动态更新。实施了焊缝跟踪实验。结果显示:采用最大焊接电流为350 A的惰性气体保护焊(MIG),在强烈弧光和飞溅的干扰下,该系统能实时跟踪焊接工件,跟踪精度为0.325 3mm,传感器测量频率为20Hz。焊接过程中焊枪末端运行平稳,焊缝轨迹跟踪准确,且抗干扰能力,能满足焊接应用要求。     

圆管相贯线接缝优化的等间距直线逼近算法的研究

两圆柱管之间的连接形成的相贯线接缝为复杂的空间曲线。为了实现两圆管相贯线接缝的自动焊接,加工出满足焊接精度的相贯线接缝,需要对数控设备的运动轨迹进行控制。首先建立圆管斜交的空间相贯线数学模型,通过MATLAB编程验证曲线模型的正确性,在对数控设备运动学模型分析的基础上将空间曲线展开到平面曲线,利用Origin软件拟合平面展开曲线,根据优化的等间距法原理,利用VB软件开发了数控系统实现了插补过程的动态仿真。结果表明,该算法能够满足相贯线轨迹控制的精度要求,为相贯线研究设计奠定了技术基础。     

一类多目标焊缝跟踪优化模型和算法

针对焊缝跟踪过程中姿态的调整与规划问题,以移动焊接机器本体与焊枪为研究对象,在构建轮式移动焊接机器人的本体运动学模型基础上,考虑滑块滑长与焊枪长度等制约因素,以优化跟踪精度与速度为目标,建立了焊缝跟踪多目标优化模型。根据焊缝跟踪问题特征,设计了遗传算法,定义了编码结构,产生初始种群,构建了适应度函数。通过MATLAB进行仿真验证,并与BP神经网络进行对比,仿真结果表明该方法在加快焊缝跟踪速度、提高焊接精度方面的有效性。     

焊缝自动跟踪的发展现状与展望

焊缝自动跟踪在焊接工业中占有极其重要的地位,焊缝自动跟踪的精度和实时性对保证焊接质量有着不可估量的作用。研究如何提高焊缝自动跟踪的精度和降低焊缝自动跟踪系统的成本很有意义。从焊缝跟踪系统的硬件组成和控制方法角度分析了焊缝自动跟踪系统的发展历程,并对该技术的发展趋势进行了分析和展望。     

基于迭代学习的旋耕机刀轴焊接机器人轨迹跟踪控制研究

旋耕机是我国农业生产主要机械装备,对农业现代化发展具有十分重大的意义。针对旋耕机刀轴焊接加工对机器人轨迹跟踪精度的要求,对其控制环节进行改进分析,着力提高焊接作业质量。利用MDH法建立机器人运动学模型,利用牛顿-欧拉迭代法建立动力学模型。在此基础上,将反馈计算力矩控制与迭代学习方法相结合设计一种迭代学习控制器来处理旋耕机焊接机器人轨迹跟踪问题。最后使用ADAMS与MATLAB\Simulink进行联合仿真来验证算法的有效性和实用性,并将采用迭代学习控制器的机器人运动控制仿真结果与PID控制器仿真结果进行比较,结果表明迭代学习控制器具有较高的跟随精度与较明显的控制效果,是一种较优的控制方法。     

基于MFC和OpenGL的相贯线焊接仿真系统设计

首先根据相贯线焊接仿真系统的功能对系统的总体结构进行了规划与设计。其次根据工艺参数和焊接过程中的运动特点进行了机械结构设计,使得焊枪能够根据需要进行灵活的运动。再次通过插补运算和工艺流程的设计实现焊接设备与工件的运动控制,从而兼顾运动的合理性与精确性。系统在MFC和OpenGL环境下开发,实现了对自动焊接和示教焊接过程的仿真,并能在示教焊接结束时进行实际轨迹与理论轨迹的对比。在OpenGL使用中采用轨迹球技术实现视角控制,并具备碰撞检测功能。     

采用遗传相关向量机的工业机器人焊缝跟踪预测

为了克服传统焊缝跟踪方法精度低的问题,提出基于遗传相关向量机(G-RVM)的工业机器人焊缝跟踪预测方法,其中应用遗传算法对相关向量机参数进行优化。相关向量机通过构建回归函数以解决焊缝跟踪问题。为验证所设计控制器的有效性,进行了焊缝的跟踪实验,并设计了实验条件。实验结果表明,基于遗传相关向量机的焊缝跟踪误差小于支持向量机法所得数据。可见采用遗传相关向量机的控制更能够适应实际焊接过程的变化。     

焊接机器人视觉焊缝跟踪系统分析

分析了一套焊接机器人视觉焊缝跟踪系统的总体构成.首先简述了焊接机器人及跟踪系统的总体构成,分析了机器人视觉系统寻找焊缝位置的视觉处理的动作流程,并对其中重要的步骤进行了详细的描述,重点介绍了机器人依照输入偏差与示教轨迹叠加跟踪真实焊缝的控制过程.最后使用Matlab软件仿真3关节平面机器人的跟踪焊缝的运动.     

基于旋转电弧轮式焊接机器人运动学建模及仿真

旋转电弧轮式焊接机器人的焊炬执行机构由十字滑块和小车左右差速驱动轮两个运动单元构成。针对其机构设计的稳定性以及可控性等问题,根据运动特点推导出焊炬的运动学模型,由旋转电弧焊缝跟踪原理应用Matlab/Simulink进行焊缝跟踪仿真,实现了机构设计以及控制方法对焊缝跟踪的影响。仿真结果证明了该模型的有效性和正确性,为旋转电弧移焊接机器人的机构设计、稳定性分析以及控制器设计提供了理论依据。     

基于CAD/CAM技术的五轴焊接机器人轨迹规划

针对焊接机器人逆向运动学求解困难且多解或无解的缺点,提出一种基于CAD/CAM技术的轨迹规划方法,综合运用CAD三维建模技术和CAM后处理技术,实现焊接轨迹和焊枪位姿的曲线插值计算,准确得到机器人各关节的运动参数,并通过MATLAB软件对焊接轨迹与焊枪位姿进行仿真。通过仿真验证,分析焊接机器人各关节运动学参数的变化情况,并与理论数学模型进行对比,验证了数据的准确性和可靠性,为实现对不同类型相贯线焊缝的轨迹规划提供了理论依据。     

采用微型排水罩的药H焊丝水下焊接焊缝自动跟踪系统

针对水下焊接图像噪声大、清晰度差的特殊情况,设计并研制成功一套药芯焊丝水下焊接的视觉传感焊缝自动跟踪系统.该系统由视觉传感、图像预处理及偏差识别系统,控制系统和执行机构等组成.采用小波多尺度变换进行水下焊缝图像边缘提取,结果保留大多数的细节,得到有利于焊缝位置特征提取的预处理图像,在一种基于二值图像的焊缝中心位置识别算法计算后,得出焊缝偏差.在理论分析视觉传感焊缝自动跟踪系统模型的基础上,设计满足跟踪精度要求的规则自调整模糊算法.对影响跟踪系统精度的因素进行分析,并采用相应的措施以提高系统的精度.通过药芯焊丝湿法水下焊接焊缝自动跟踪试验表明,采用规则自调整模糊控制能够达到较高的焊缝跟踪精度.在斜线、折线和曲线三种不同形状待焊焊缝的跟踪试验中,系统都能满足药芯焊丝水下自动焊接的要求.经过改进微型排水罩,进行微型排水罩局部干法药芯焊丝水下焊接焊缝跟踪试验,采用规则自调整模糊控制,不仅得到满意的焊缝跟踪效果,还改善焊缝成形质量.     

最小二乘支向量机在焊缝跟踪中的应用

为了克服传统焊缝跟踪方法精度低等问题,采用最小二乘支持向量回归机( LSSVM)进行焊缝跟踪.最小二乘支持向量机通过构造回归函数解决焊缝跟踪问题.与支持向量机不同的是,最小二乘支持向量机通过构造一个新二次损失函数,将支持向量回归机的二次规划问题转变为求解线性方程,从而改进了原支持向量机的跟踪精度.为验证所设计控制器的有效性,进行了焊缝的跟踪实验,并设计了实验条件;实验结果表明基于LSSVM的焊缝跟踪误差小于径向基(RBF)神经网络,可见采用LSSVM的控制更能够适应实际焊接过程的变化.     

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。     

移动机器人弯曲角焊缝跟踪预测模糊控制器设计

研究以旋转电弧作为传感器、采用轮式移动机器人对弯曲角焊缝进行跟踪焊接的控制方法.设计预测模糊控制器控制小车转弯,并在转弯过程中使车轮与横向滑块协调动作,实现对弯曲角焊缝的平滑跟踪.该控制器采用焊枪偏差和倾角信息获得车体运动方向和焊缝走向之间的角度偏差,采用线性化模型预测焊枪下一点的位置,采用加权最小二乘方法预测焊缝下一点位置,采用模糊理论实现小车转弯时车轮和横向滑块的协调控制.利用试验对常规模糊控制器和所提出的预测模糊控制器进行比较,发现所提出的控制方法具有更好的控制效果和跟踪精度.     

深度视觉技术在焊接轨迹识别中的研究综述

机器视觉在机器人自动焊接领域得到广泛应用。图像识别可以对不同的焊接对象进行有效识别,而识别及跟踪焊缝轨迹是实现自动焊缝的关键问题。分析了焊接轨迹跟踪传感器的发展历程,讨论了视觉传感器在焊缝识别跟踪上的应用,对焊缝图像处理方法进行了分析,总结了视觉焊缝跟踪技术现状。分析结果表明,TOF相机更适合于焊缝跟踪应用,研究鲁棒性强的图像去噪方法和基于深度学习的焊缝图像分割方法是未来的发展方向,同时提出了稳定性好、精度高,效率好的深度视觉焊缝跟踪控制系统思路。