多线激光传感轮式移动机器人焊缝跟踪控制

发布时间：2020-06-04 00:48

【摘要】：自动化焊接以其质量好、效率高、人工成本低等优势已经逐渐地取代了手工焊接,而焊接机器人是自动化焊接的一种常见形式,通过传感技术对焊缝信息检测并反馈给机器人进行控制可实现焊缝的自动跟踪。目前,手臂式焊接机器人以其精度高、技术成熟等优点得到广泛应用,但其位置固定,体积大,灵活性不足,针对手臂式机器人无法适应大型工件、狭小空间及一些非结构环境下焊接工作的问题,采用移动机器人与传感器搭配的形式实现具有高度灵活性、适应性的焊接机器人系统。首先,以轮式移动焊接机器人和多线激光传感器为核心搭建了机器人的软硬件系统平台,包括移动机器人机构、多线激光视觉传感系统、控制系统及相关焊接设备。其次,提出了一种适用于该轮式机器人的复合轮系传动机构,可通过两前进电机与两转向电机实现四轮的同时驱动与转向,降低了控制的复杂度,提高了机构的运动精度。将复合轮系速度分析与无侧滑转向原理相结合,建立了机器人无侧滑转向条件下的运动学模型;通过虚拟样机技术进行了基于圆形轨迹的运动仿真,验证了机构及其运动学模型的正确性。然后,针对斜线、折线及圆弧等典型焊缝轨迹,提出了基于多线激光传感器的焊缝轨迹信息获取方法,并针对圆弧型焊缝轨迹提出了机器人在跟踪过程中的姿态角偏差计算模型,结合移动机器人运动学模型、PID控制及模糊控制方法,设计了机器人姿态与滑块协调控制的焊缝跟踪控制器。最后,建立了基于典型焊缝轨迹的联合控制仿真模型,分别对斜线、折线、圆弧等焊缝轨迹进行了跟踪控制仿真研究,焊缝跟踪误差不超过±0.2mm,稳定段跟踪误差不超过±0.01mm。结果表明,所提出的控制方法可提高机器人的控制精度与稳定性。在此基础上设计相关算法,在Windows XP与VC++6.0环境下开发控制软件,进行了斜线轨迹的焊缝跟踪试验,跟踪偏差不超过±0.3mm,证明了该焊接机器人系统能够满足实际焊接的要求。
【图文】：

[4-5]，表现出较强的适应性。图1.1 大型船舶工件 图1.2 船舱底部格子轮式移动焊接机器人研究的核心问题在于保证焊缝跟踪的精度，而影响其精度的主要因素在于传感器的精度及焊接机器人的自动控制。激光视觉传感相对于其他传感技术表现出更高的精度和灵敏性，通过其反馈的焊缝信息对移动焊接机器人采用适当的控制方法是一个重要的研究方向，，对于自动化焊接技术的发展具有重要的意义和价值。

图 1.3 多线激光传感器清华大学的乔东哠等[7]利用双线激光器发出激光打在焊焊缝偏差及曲率的激光条纹，从而设计了一款激光传差降低到了 0.5mm 左右。其实物如图 1.4 所示。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242

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本文编号：2695640