基于旋转电弧传感的空间位置曲线焊缝跟踪

采用空心轴电机驱动的旋转式扫描焊炬作为电弧传感器，以示教再现式弧焊机器人为控制对象，介绍了焊缝跟踪系统的组成。以理想状态的旋转电弧传感信号处理方法为基础，研究了平焊、横焊及立焊位置焊缝偏差的识别方法。采用模糊控制方法，设计了机器人焊缝跟踪控制系统。实现了空间曲线焊缝的自动跟踪，大大提高了示教再现式弧焊机器人的自动化程度。     

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。     

移动式焊缝跟踪机器人跟踪精度分析方法

以对实验室4自由度轮式焊缝跟踪机器人跟踪精度的研究为基础,提出了一种新的焊缝跟踪精度评估表征方法,并对焊缝偏差建立了D-H坐标系下的5参数模型.基于此模型,对影响焊缝跟踪精度的主要误差源进行了理论分析.通过对定步长与变步长焊缝跟踪控制方法的仿真分析,验证了所提出精度分析方法以及建立模型的正确性及有效性,得出影响焊缝跟踪精度的主要原因为焊缝跟踪控制算法以及机器人自身定位精度.结果表明,该精度分析方法对于焊缝跟踪控制的机器人误差补偿及焊缝跟踪控制方法改进具有一定的参考价值.     

具有遥控监视功能的焊缝自动跟踪图像处理系统

实现焊接过程自动化和机器人化，焊缝自动跟踪必不可少。本文对埋弧焊中焊缝自动跟踪系统的传感器、图像处理系统及遥控监视功能进行了研究，得到一种造价低廉且功能齐全的焊缝跟踪系统。     

轮式机器人折线焊缝跟踪协调控制方法

研究了以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对折线焊缝进行跟踪的协调控制方法.设计了自适应模糊控制器对十字滑块和车轮进行协调控制,通过控制机器人移动对焊缝进行粗略跟踪,同时调整十字滑块带动焊枪对焊缝进行精确跟踪.为了使机器人的移动方向与焊缝走向一致,采用Sugeno型模糊逻辑系统作为滤波器对机器人本体的方位角偏差进行滤波处理,使机器人本体在跟踪焊缝的直线段时做直线运动,在跟踪焊缝的曲线段时做转弯运动.结果表明,该算法能够成功应用于最大为60°的折线焊缝和Z形焊缝的自动跟踪焊接.     

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.     

焊接机器人自动跟踪系统研究

研究开发了一种光纤式激光焊缝跟踪系统,介绍了该系统的结构组成及工作原理,对焊缝自动跟踪的系统定位、实时跟踪算法、抗弧光干扰等关键技术问题进行了深入探讨.该系统在管道预制焊接机器人的工艺试验表明,系统自动跟踪焊缝稳定性好、精度高,可满足焊接机器人全自动焊作业需求.     

激光焊缝跟踪系统设计与应用

针对当前小型生产车间难以做到智能化生产问题,设计一套智能焊接系统,使机器人在焊接过程中可以对搭接焊缝、对接焊缝的路线进行精确跟踪。以ABB公司irb1600机器人为载体,实现机器人与传感器的通信,通过校准传感器的视觉以及对算法的设定,使传感器识别到焊缝的特征点,并通过特征点的位置与校准的位置误差反馈给机器人纠偏信号。使用ABB机器人专用的编程指令编写程序,通过上位机实时对传感器的视觉进行监控并做出调整。实验结果表明：此系统针对不同的焊缝均可实现精确跟踪,有效提高焊接质量与效率。     

主从式焊接机器人力觉临场感技术

以ＰＵＭＡ５６２作为焊接机器人建立了具有力觉临场感的主从焊接试验，利用从机器人焊炬前面安装探针与焊缝接触形成的力感觉由主机器人反馈到操纵者，使操纵者借助于监视设备和力觉临场感来实现远距离遥控焊接。试验表明：在主从焊接系统中采用于腕力传感器的双向力控制技术可以得好解决操纵者因电视监视设备受燃弧影响视觉的问题，使主从焊接系统在遥操作时有了“手感”以进一步提高焊缝跟踪的准确度。     

弧焊机器人结构光视觉传感焊缝跟踪

建立了弧焊机器人视觉传感焊缝跟踪系统,重点研究了跟踪路径提取算法和焊缝跟踪的实现策略。采用传感器引导机器人运动的控制方式,为克服前视距离的影响,提取的焊缝跟踪点信息在跟踪过程中不是立刻被使用的,而是存储在循环队列结构中,要等到焊枪到达该点附近时才能用到。计算出的机器人驱动向量使焊枪向焊缝的中心点方向调整,并按照给定的步长运动,使其始终沿焊缝方向向前运动,实现沿焊缝的自主跟踪。结果表明,通过对焊枪位置及绕焊枪旋转角度的调节,实现了S形曲线焊缝的实际跟踪,跟踪过程平稳、精确。     

焊缝辨识六维接触力阈值标定技术

焊缝辨识是遥控焊接前提条件之一,以往焊缝辨识主要以图像传感方面研究内容较多,从力觉角度研究焊缝辨识内容较少。由于在六维力传感器前端装有探针,六维力传感器随着焊接机器人进行空间运动,探针的重量对力传感器六维力产生影响,影响焊缝辨识,为此在x—z,y—z平面内,不与焊缝接触时,测试六维力空间变化值,从而确定空间变化六维力盲区。焊缝辨识时六维力传感器与焊缝接触,需要确定引导焊缝辨识六维接触力阈值。并在上述力传感器焊缝辨识六维接触力标定技术的基础上,进行焊缝辨识效率试验。结果表明,力觉焊缝辨识较手工焊缝辨识效率提高60％左右,为快速、准确的焊缝辨识提供条件。     

用于核环境管道维修的宏-微机器人遥控焊接系统的惯性补偿

针对复杂极限环境下的管道焊接维修,提出了一种宏-微结构的机器人遥操作方法进行遥控焊接.通过基于六维力觉传感器的力控制来实现焊前管道装配.为消除宏机器人末端的微机器人运动惯性对力控制的影响,需要补偿在机器人运动过程中微机器人产生的惯性力.研究了宏-微机器人的惯性补偿算法,进行了惯性补偿仿真试验.结果表明,该算法能够消除微机器人的惯性力,补偿最大力偏差不超过2.5 N,补偿力矩精度达到0.3 Nm,满足宏-微机器人管道遥控焊接的精度要求.     

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.     

大型构件水下焊接机器人系统

针对水下焊接环境要求,设计了一种履带式水下焊接机器人系统,该系统由机器人本体机构、激光视觉传感器、控制系统和焊接系统组成. 机器人本体机构由履带式移动平台和焊枪调节机构构成,运动灵活可靠,满足水下焊接焊缝跟踪要求. 完成了视觉传感器部件选型及光路设计,实现水下环境的焊缝自动识别. 设计了基于PLC机器人控制系统和协调控制方法,实现水下环境的焊缝跟踪控制. 同时在水下焊接试验平台完成焊接跟踪试验. 结果表明,机器人运行稳定,焊缝成形较好,焊接质量满足要求.     

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.     

基于最小二乘法的小车方位角实时辨识

应用最小二乘法对移动焊接机器人传感器矢量与焊缝之间的位置关系进行了研究,提出了焊缝跟踪过程中小车方位角的实时辨识算法.为了确切表达传感器、焊缝、焊枪三者之间的空间位置关系,首先引入了传感器矢量的概念.然后根据前置传感器的特点,提出在焊缝跟踪的小邻域内,传感器矢量和焊缝之间的位置关系可以用一次多项式或二次多项式来完全表达.在此基础上,应用最小二乘法,建立了小车方位角的实时辨识算法并给出了算法的具体实现.最后通过实际的焊缝跟踪试验,验证了该算法的有效性.该算法的应用,为移动焊接机器人实现复杂曲线焊缝的实时跟踪奠定了重要的基础.     

小型移动焊接机器人结构设计

针对狭窄空间自动焊接问题,设计了一种小型移动焊接机器人机构.根据机器人结构的运动特点,运用模块化设计方法,把机器人机构分为轮式移动平台、焊炬调节机构和电弧传感器三部分.其中,轮式移动平台采用三轮式差速驱动结构形式,底部安装一可调磁吸附力装置,且控制器集成于移动平台上;焊炬调节机构由十字滑块和焊炬连接装置组成,十字滑块由两电机分别驱动,实现焊缝水平和高低方向精确跟踪;电弧传感器采用圆锥摆形式,且与焊枪设计成一体,使用方便.同时,建立机器人运动学方程,并对直角焊缝不同的转弯中心进行分析,确定水平滑块的行程参数,为机器人的焊缝跟踪控制提供参考.结果表明,该机器人机构满足弯曲焊缝跟踪要求,焊接质量良好.     

旋转电弧传感弯曲焊缝移动焊接机器人结构设计

设计了一种基于旋转电弧传感的弯曲焊缝轮式移动焊接机器人机构，采用中间两轮差速驱动，前后对称布置一万向轮的结构，增加了机构的灵活性并降低了控制的难度；用两个直流伺服电机控制十字滑块实现左右与上下运动，采用旋转电弧传感器使焊枪与传感器一体，不仅结构紧凑，而且具有实时性。支撑焊枪的支板采用组合装配方式，对于折角变化频繁或折角较大的焊缝使用增加一转动关节的支板。该机器人结构紧凑、灵活，可实现对平面弯曲船形焊缝及各种平面弯曲角焊缝的自动焊接。     

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.