基于PLC控制的爬行式智能弧焊机器人系统的研制

为实现大型工件的自动焊接而开发了爬行式智能弧焊机器人系统 ,详细论述了该系统的组成、工作原理和特点 ,对其跟踪机构提出了一种协调控制的方案 ,并通过实验得到了爬行小车的控制规律。焊接实验表明 ,该系统具有较好的稳定性、可靠性 ,跟踪精度高 ,可达到± 0 .5 mm,焊接质量能够达到工业生产的要求 ,在大型球罐和船体的焊接中有良好的应用前景。     

精品荟萃

爬行式气电立焊机器人2006年,由中科院院士、清华大学教授潘际銮所创造发明的特种机器人——无轨道爬行式弧焊机器人正式面世。该项技术填补了国内外均无类似技术的空白,是国际焊接领域中的首创,属于国际领先、原始创新的科研成果,也是解决大型结构件在工地实现自动化焊接的强大武器。无轨道全位置爬行式气电立焊机器人具有在垂直立面或弯曲面上自主跟踪焊缝,自由爬行,执行全位置焊接操作任务;在立面上具有强大吸力,负重120kg;具有灵活的受控性能和运动性能;装备有自主开发的激光跟踪传感器,传感系统具有优良的抗干扰能力和动态性能等特点。…     

基于DSP的焊缝自动跟踪控制系统设计

设计了一种基于DSP的用于球罐全位置多层焊自动跟踪的控制系统，对其工作原理、控制系统的硬件设计和软件程序设计等要点进行了阐述。该系统应用于球罐全位置多层自动焊接机器人中，实现了无导轨自动焊接全位置焊缝与多层多道焊接的自动跟踪。焊接工艺试验结果表明，焊接机器人自动跟踪精度高、焊缝质量好、工作稳定可靠。     

新型无轨导全位置自主爬行式弧焊机器人

展品简介：无轨导全位置自主爬行式弧焊机器人系由以上单位组织在潘际銮院士领导下，由清华大学和南昌大学一批专家为主研制成的。该产品由永磁轮履式爬行装置、传感器及认缝跟踪系统、焊接系统及总控系统组成。此设备主要应用大型构件的焊接，例如船体、贮器(球罐、直壁罐)、大型闸门、大直径管道及大型金属结构安装焊接。     

激光制导测量机器人运动系统设计

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,但在测量大型被测对象时,人工布点及测量过程繁杂,测量效率低,并造成被测对象几何形状变形,严重影响其测量精度。为解决以上问题,提出了新型的“光束运动—光靶跟踪”激光跟踪测量方法,建立了新型激光跟踪测量方法论,并在此理论基础上,研制开发了一种能够在水平和垂直被测对象表面上运动小型轮臂复合式激光制导测量机器人。该机器人机构融合轮式机构、爬行臂式结构和真空吸附式机构优点,并且具有重量轻、体积小、运动灵活和反应快速等特点,可以根据不同的被测对象表面特征变换测量模式,利用轮式结构实现机器人在水平被测表面上高速远距离运动,利用爬行臂式和真空吸附式机构实现机器人在倾斜光滑表面上灵活地爬行和转向。对其运动特性进行了详细的分析。最后利用激光跟踪仪和三坐标测量机对研制激光制导测量机器人进行了性能测试,试验结果证明了该机器人能跟踪激光束自动高效地完成被测对象实体测量。     

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。     

激光制导测量机器人系统设计及运动学分析

提出新型“光束运动—光靶跟踪”激光跟踪测量方法,并在此方法基础上研究激光制导测量机器人技术,研制并开发一种能够在水平和垂直被测对象表面上运动的小型轮臂复合式激光制导测量机器人系统。该机器人机构融合轮式机构、爬行臂式结构和真空吸附式机构的优点,具有重量轻、体积小、运动灵活和反应快速等特点,可以根据不同被测对象表面特征变换测量模式,利用轮式结构实现机器人在水平被测表面上高速远距离运动,利用爬行臂式和真空吸附式机构实现机器人在倾斜光滑表面上灵活地爬行和转向。建立机器人的运动学模型并对其运动特性进行分析,利用激光跟踪仪和三坐标测量机对研制激光制导测量机器人进行性能测试,试验结果不仅证明了该机器人能够跟踪激光束自动高效地完成被测对象实体测量,同时也验证了所建模型的有效性和正确性。     

大型钢制球罐的高效自动焊关键技术研究

就大型钢制球罐自动焊的关键技术进行了深入研究,采用CCD光电测控技术解决了球罐多层多道焊的实时跟踪难题,采用柔性磁轮式机构解决了焊车在球罐上无导轨全位置自由行走的难题,并试验研究了用CO2气体保护药芯焊丝焊(FCAW)进行球罐全位置多层多道焊的工艺技术。在此基础上,研制成了一种5自由度的全位置焊接机器人,能对球罐内外纵缝、横缝及仰缝进行无导轨全自动焊接,达到了高效率、高质量、无人实时操作和低劳动强度。     

基于视觉跟踪的大型容器焊接机器人的研制

研制了一种基于 CCD视觉焊接轨迹跟踪技术的无导轨焊接机器人。该机器人由新颖的 CCD视觉传感器来实时检测机器人行走机构与焊枪的跟踪位置偏差量 ,并据此由微机控制系统实现对机器人行走机构与焊枪的二级自动跟踪。该机器人采用永磁式柔性磁轮机构作为支持行走单元 ,使焊接机器人具有了节省导轨、轨线适应性强的优点。焊接工艺评定试验结果表明 ,此焊接机器人自动跟踪精度高 ,焊缝质量好 ,工作稳定可靠。     

多轴协同运动机器人焊接工作站设计

为了满足大尺寸工件焊接范围大、作业困难、尺寸规格多等工艺要求,设计了由六轴工业机器人本体与两个外部轴相组合的焊接工作站。工作站中机器人轨道行走系统作为第七轴,伺服变位机作为第八轴,由机器人控制柜同时控制,实现八轴协同焊接作业。机器人本体采用倒挂式安装在行走轨道上,使机器人重心时刻处于工件正上方,从而以最佳姿态焊接工件。调节伺服变位机从动端,适应不同尺寸工件的夹紧固定要求,实现多规格工件的柔性生产。文中介绍了该焊接工作站的组成、基本工作原理、多轴协同控制等内容。现场实际运行结果表明:该工作站能够精准地实现多轴协同运动,较好地满足了大型工件对焊接工艺提出的高要求。     

自学习移动机器人在未知环境中的路径规划

通过对移动机器人在未知环境中的运动分析,结合多传感器信息,利用一种新的移动机器人在未知环境中的定位算法。该算法可根据移动机器人的运动过程。不断更新其位置状态。并能对下一步位置状态进行预估计。然后根据实测传感器信息对预估值进行修正。获得实际位置状态。并为移动机器人的路径规划提供基础。容纳后用遗传算法来获得机器人的最佳路径,最后用仿真试验验证了该方法的可行性。     

轮履复合式移动机器人设计及越障功能分析

进行了一种机器人行走系统的设计和越障功能分析。该系统采用轮履复合式移动机构,具有直线行走、左右转弯、通过凸台、攀越楼梯、跨越沟槽障碍等优点。从机构本体运动出发,分析了移动机器人各种路况下的通过性,得出其可行性条件。由分析可知,所提出的机器人行走系统适用于探测和救援等复杂环境。     

基于Mobile-Android小型移动机器人平台控制系统

针对目前小型移动机器人控制系统存在的设计成本高、平台搭建困难、过度依赖网络的问题,将软件设计模式中的MVC模式应用于移动机器人控制系统设计,同时,在Android平台和Arduino控制板上使用Java、C语言进行了实验。提出了基于Android移动计算平台、结合蓝牙通信和无线局域网（WiFi）通信的小型智能移动机器人平台Mobile-Android。详细地描述了该平台的系统结构、控制软件,包括GUl界面模块、运动控制模块、命令配置模块、上位机与下位机通信协议等的设计与实现。在原型系统上初步的测试结果表明,该智能移动平台方案既能够实现智能移动机器人系统硬件平台的快速搭建,又能够充分发挥移动机器人的运动特性与智能手机的强大信息处理能力和控制能力;结合两者长处,获得了一个完整的智能移动机器人系统。     

神经网络在机器人运动控制中的应用研究

运动控制是人工神经网络应用于机器人控制的重要内容。本文就人工神经网络用于机器人运动学正解问题进行研究 ,通过建立机器人运动学神经网络模型 ,给出了相应的 BP算法 ,并对 2 R、3 R和 6R机器人运动学正解进行了系统的计算机仿真 ,并结合实际任务 ,在 6R焊接机器人上进行了实验验证     

盾构机部件机器人焊接工艺研究

针对盾构机中关键部件的焊接加工特点与要求,建立了适应并满足不同部件焊接生产制造的机器人工作站;采用福尼斯TPS 500i焊接电源中的不同特性的PMC工艺开展了盾构机部件厚板多层多道焊接相关工艺研究。研究表明,Dynamic工艺适合于平焊与横焊位置打底焊接;Universal工艺适合于平焊位置填充与盖面焊接;PCS工艺适合于横焊位置填充与盖面焊接。由于Mix工艺的冷却时间较长,更利于熔融金属的冷却凝固,使用Mix工艺可以获得表面成形良好的立焊焊缝。对于盾构机典型关键部件的焊接制造,采用Dynamic+Universal工艺进行多层多道平焊,Dynamic+PCS工艺进行多层多道横焊,Mix工艺进行多层多道立焊后,焊缝成形良好,无未熔合及咬边等焊接缺陷。上述工艺组合可以用于盾构机部件的机器人自动化焊接中。     

轮腿混合机器人控制系统设计

设计了一种新型轮腿混合机器人,该机器人结合了轮式移动机构与足式移动机构的优点,阐述了机器人的总体结构。根据该轮腿混合机器人的运动要求和性能特点,设计了基于MEGA16单片机的整套机器人控制系统,该控制系统实现了用NRF2401无线控制机器人的基本运动。根据所遇路况,通过无线遥控可以控制和选择机器人的轮式运动和腿式运动两种工作模式,增加了机器人对环境的适应性。     

弧焊机器人视觉传感方法的研究

视觉功能是新一代弧焊机器人的重要特点。直接观察电弧近区对于以摄象机为视觉传感装置的系统来说明困难大。因为观察焊缝金属时,强烈的电弧成为很大的干扰源,这一点在常规的视觉系统中没遇到的。由辐射理论出发,提出采用红外成象的方法,可以实现TIG焊接时的直接视觉观察,较好地避免了电弧光的干扰。同时还研究了支持这种方法的专用实时图象处理微计算机系统和相应的应用算法。完成了焊接跟踪视觉传感控制。为今后发展具有视觉功能的弧焊机器人及焊接过程的视觉控制提供一条新途径。     

Model on simplified condition of welding robot system

Because of the complexity of controlling the flexible manufacture system in welding, a theory of Petri net is adopted to model and simulate in this paper. When we model the complex system, a new way named TCPN is used to analyze information. And two kinds of models are built which are STCPN and MTCPN on the two systems, single welding robot system and multi welding robot system, respectively. After building and analyzing the control models, an optimization algorithm named full rank is designed to optimize and consummate the models, which is proved right in theory by simulation software cpntools. The result of the simulation experiment illustrates that the way of the model is rational and feasible.     

4-DOF混联机器人多能域动力学全解模型及试验

以4-DOF混联机器人为研究对象,分析了混联机器人的运动学,接着基于传统键合图建立了系统驱动部分（电动机和气动部分）键合图模型,基于旋量键合图建立了系统机械本体动力学模型,由于系统的并联部分引入冗余驱动,提出了采用输入力矩优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的机、电、气耦合的多能域系统动力学全解模型。冗余驱动分支在随动和施加优化得到的力矩（力/位混合控制）两种情况下,借助键合图自动化仿真软件（20-sim）进行多能域动力学仿真;并进行样机的控制试验,将仿真与试验得到的驱动力矩进行对比,验证了所建机器人系统多能域动力学模型的正确性。通过试验可以证明：力/位混合控制时样机运行更加平稳且能有效提高机构的运动精度。