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。     

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。     

采用状态反馈的无人车路径跟踪横向控制

针对采用传统模型预测控制器的车辆在弯道内跟踪精度难以保证的问题,本文提出了一种基于状态反馈的路径跟踪横向控制策略。基于车辆动力学模型,建立考虑轮胎滑移包络线约束条件的路径跟踪模型预测控制器,并根据车速选择合适的控制器时域参数;以车辆质心位置为控制点建立车辆跟踪误差模型,结合车辆当前位置横摆角偏差建立状态反馈调节器,通过LQR最优控制方法对无人车姿态进行校正。利用MATLAB/Simulink和Carsim软件对改进的状态反馈控制策略进行了仿真验证,典型双移线道路仿真试验表明:中低车速下车辆路径跟踪横向偏差降低了16%以上,横摆角偏差降低了33%以上,所设计控制器能够有效提高车辆路径跟踪精度,可保证车辆对变曲率弯道具有适应性和行驶稳定性。     

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。     

爬行式焊接机器人焊缝跟踪的协调控制

针对大型构件的自动焊接问题，采用由爬行小车和十字滑块组合而成的跟踪机构进行焊缝的跟踪，提出了协调控制的方法，并对爬行小车的控制进行了理论分析和大量的实验研究，焊接实验表明这种控制方案能够实现爬行机器人对焊缝的精确跟踪。     

模糊控制在横向埋弧自动焊机焊缝跟踪系统中应用研究

对焊缝跟踪过程中遇到的周期性及偶然性干扰及焊枪摆动中心偏差补偿问题提出针对横向埋弧自动焊的智能焊缝跟踪方法.应用递推平均数字滤波技术进行了滤波处理,采用模糊控制的方法对读取的偏差量进行分析和补偿.并基于PLC,A/D转换模块、激光测距传感器、伺服系统设计了焊缝跟踪系统.经试验调试和现场应用,社会效益及经济效益良好.     

弯曲及折线焊缝的自动跟踪

应用高速圆周扫描的ＭＩＧ／ＭＡＧ电弧作为传感器，避免了传感器超前安装及易受电弧光热干扰的缺点，特别有利于弯曲或大角度转折焊缝的自动跟踪焊接。研制出仅需电弧本身作为传感器的低成本、高性能自动转弯跟踪焊接小车。其控制器采用１６位单片机和数字化的脉冲宽度ＰＩＤ调节原理与模糊控制原理。成功实现对转折角度达４３°的折线焊缝的自动跟踪焊接。     

基于等效滑移率变化率的汽车防抱制动系统模糊直接自适应控制

针对汽车防抱制动系统(Antilock brake system,ABS)车轮角减/加速度和滑移率逻辑门限值控制方法以及常规汽车ABS模糊控制方法的滑移率控制精度不高的缺点, 提出汽车ABS模糊直接自适应控制。针对通常将滑移率跟踪误差变化率,或车轮角加/减速度跟踪误差作为汽车ABS模糊控制器输入量其计算值不够准确的缺点,提出车轮等效滑移率变化率的概念和算法,采用车轮滑移率跟踪误差和等效滑移率变化率作为ABS模糊控制系统的输入量,设计出常规ABS模糊控制器,作为ABS闭环控制系统的模糊逼近控制器;采用直接自适应控制方法设计出ABS模糊补偿控制器;它们组成ABS闭环控制系统模糊直接自适应控制器。仿真研究和实车试验表明,该控制器应用于汽车ABS系统取得良好的控制效果,且算法简单、具有实际应用价值。     

采用状态扩展MPC与转角补偿的无人车路径跟踪控制

采用传统模型预测控制（MPC）的无人车难以同时保证路径跟踪精度和实时性,针对此问题,本文设计了一种采用状态扩展MPC与转角补偿的路径跟踪控制器。建立了车辆三自由度动力学模型,设计了基于状态扩展的双反馈MPC控制器,并根据车速调整控制器参数;建立了车辆-道路跟踪模型,根据车辆横向和航向偏差设计了转角补偿模糊控制器;利用MATLAB/Simulink和Carsim软件对所设计的路径跟踪控制器进行联合仿真分析。结果表明：相比采用传统MPC控制器的车辆,在中、低车速下,状态扩展MPC控制器的控制增量求解时间平均值降低14%以上,路径跟踪控制器跟踪道路的横向和航向偏差最大值分别降低23%和17%以上,具有较好的路径跟踪性能。     

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。