基于场景点云重建的移动焊接机器人作业轨迹提取方法

为保证移动作业焊接机器人能够在建筑、石化、船舶等非结构化场景中精准高效的完成作业,提出一种基于点云重建的焊接轨迹提取方法。焊接机器人变换作业场景后,首先通过深度相机实时检测引导标志物,明确作业范围和起点并重建场景点云。然后基于点云分割和边界提取算法获取焊缝点云轨迹,并提出一种焊接机器人位姿调整策略。最后,针对点云精度不足的问题,采用激光视觉传感器对焊缝进行精度修正,提取精确焊接轨迹。通过曲线焊缝场景实验,表明机器人运动平滑,焊缝轨迹提取误差小于0.5 mm,精度满足生产要求。

船舱格子型角焊缝移动焊接机器人系统设计

针对大型船舱格子型角焊缝空间狭小,大型自动化设备与工人难以高质量完成焊接作业的现状,设计了一种可进行连贯直角角焊缝焊接的移动焊接机器人系统。该机器人由机械结构与电路控制系统组成,其中机械结构包括双轴后驱车体、可伸缩接触式传感器、机器人升降旋转复合机构、焊枪位姿调整机构;电控系统硬件包括PLC控制器、行程限位开关、步进电机与配套驱动器、直流减速电机和配套的运动状态调控板。另外,还建立了机器人在直角段角焊缝焊接过程的运动学模型,获取了该段焊缝在均分为10段后每段焊枪的伸缩速度与机器人旋转角速度的数值,为直角型角焊缝焊接的跟踪控制过程提供了PLC编程的数据基础;并基于可伸缩接触式传感器,实现了直线型角焊缝的路径跟踪。实验证明,该机器人能实现小空间直角型角焊缝与直线型角焊缝的连贯焊接,焊缝成型质量好,无焊穿、气孔、焊瘤、咬边、裂纹等不良状况。

移动焊接机器人结构设计与路径规划

针对大型焊接件生产中存在的大范围复杂焊缝以及狭窄空间内部焊接条件恶劣的情况,设计一种新型移动焊接机器人。采用3个独立驱动的OMNI全向轮作为机器人的移动机构,同时在移动机构底盘安装支撑轮及可调节磁吸附装置,并设计五自由度机械臂作为焊接执行机构;对机器人移动平台与机械臂分别进行运动学分析以及整体运动学分析,推导出机器人末端执行器与驱动轮、机械臂关节角位移之间的函数关系;针对曲率变化较大的焊缝难以焊接的问题,提出基于改进粒子群优化算法的多段直线逼近曲线的移动平台路径规划算法,并用MATLAB仿真验证了该路径规划算法可以完成任意曲率曲线的焊缝离散化,在满足焊接精度的前提下,能够减少焊缝离散点数目,提高了移动平台路径规划的效率。

移动焊接机器人坡口自寻迹位姿调整的轨迹规划

主要研究移动焊接机器人在自寻迹过程中位姿调整的轨迹规划。在焊前,根据坡口识别特征模型寻找到焊接坡口并得到机器人与焊缝坡口的夹角后,对机器人本体和焊炬的位姿进行轨迹调整是自寻迹过程中非常关键的一步。首先讨论了具有自寻迹功能的移动焊接机器人的系统组成,在分析移动机器人运动学模型的基础上,对焊接坡口自寻迹过程中的位姿调整轨迹进行了规划,最后根据机器人自身的结构对调整轨迹进行了修正。试验结果表明:将该算法用于坡口自寻迹过程中的位姿调整,其误差精度可控制在±1.5mm左右,满足实际焊接工程需要。

移动焊接机器人大折角角焊缝跟踪及工艺

针对移动焊接机器人大折角角焊缝自动跟踪焊接过程中,因折角处的焊接速度难以保持恒定,导致折角顶点处焊缝不均匀问题,提出了根据焊接速度实时在线调整焊接电流的方法.首先对大折角处机器人焊缝跟踪进行运动学分析,在折角处焊接速度以余弦规律变化,保证焊接的正常进行.同时根据焊接过程焊接速度的变化,在线调整焊接电流的思想,通过试验进行焊接速度与焊接电流的匹配,获得了以一个与折角处平均焊接速度相匹配的焊接电流,实现了折角处焊缝的焊接.结果表明,该方法能有效改善折角顶点处的焊接成形质量.

差速驱动式移动焊接机器人动力学建模

采用牛顿-欧拉法,分析差速驱动式移动焊接机器人系统的左右驱动轮和机器人本体对焊炬点的动力学行为。为了实现机器人本体和滑块的联合控制,进一步研究滑块的动力学行为,建立了移动焊接机器人系统完整的动力学模型。由于模型的复杂性和不确定影响因素,基于动力学模型进行控制器的设计是不切实际的。为便于控制器的设计,最后结合实际应用情况对模型进行合理简化,并转化为状态空间方程。应用Matlab对移动焊接机器人进行动力学仿真建模,模型的建立为差速驱动式移动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。

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。

轮式移动焊接机器人弯曲焊缝跟踪控制

针对轮式移动焊接机器人在造船、大型球罐焊接等工业生产中的弯曲焊缝跟踪问题,建立了机器人的数学模型.采用积分Backstepping时变状态反馈方法设计了控制器,并利用李亚普诺夫方法证明了该系统的稳定性.针对旋转电弧传感器仅能检测单方向偏差的情况,根据焊枪前端上一时刻和当前时刻的位置对跟踪轨迹的方位角进行估计.控制器在对机器人速度和角速度进行控制的同时,还对十字滑块进行了控制,使跟踪更加快速、平滑.最后,通过数值仿真和机器人实际运动仿真证明了该方法的有效性.

基于移动焊接机器人动力学的焊缝轨迹跟踪控制

焊缝跟踪的高精度要求使得跟踪系统动力学问题愈加突出.建立了移动焊接机器人具有非完整力学系统形式的动力学模型,并设计了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器,考虑了焊接机器人的惯性、电机动力学、工件表面不平度等因素对跟踪精度的影响.理论分析和系统仿真证明了动力学模型和滑模变结构控制算法在焊缝轨迹跟踪中的正确性和有效性.为智能控制方法在移动焊接机器人中离线编程、仿真和动态控制奠定了重要基础.

狭小空间直角角焊缝移动焊接机器人系统研制

针对大型结构件中狭小空间角焊缝焊接,提出了一种基于旋转电弧传感的新型移动焊接机器人系统。系统包括轮式移动本体、二维运动平台、旋转电弧传感器和超声传感器;系统采用二级跟踪策略——机器人本体粗跟踪和二维运动平台精确跟踪,采用旋转电弧传感器作为焊缝跟踪传感器,采用超声传感器作为避障传感器;建立了运动学模型,设计了参数自调整模糊控制器。实验表明该机器人系统能实现小空间中大折角角焊缝的自动焊接。

轮式移动焊接机器人输出反馈线性化控制

针对目前基于运动学模型的焊缝跟踪控制已经不能满足焊缝跟踪的高精度要求的问题,以一种后两轮差速驱动的5自由度轮式移动焊接机器人为对象,给出其动力学模型及其输出反馈线性化的过程,并提出一种基于此动力学的轮式移动焊接机器人路径跟踪控制方法。建立轮式移动机器人具有非完整力学系统形式的动力学模型,并推导出对应的状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,考虑机器人动力学模型参数的不确定性,利用滑模变结构控制方法来设计动力学控制规律,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。并利用Lyapunov稳定性理论证明系统的稳定性且跟踪误差收敛,满足了移动机器人的轨迹跟踪要求,且具有设计方法简单、鲁棒性强的特点。通过仿真验证所提控制律的有效性和正确性。

基于动力学系统移动焊接机器人焊缝跟踪控制

为了解决轮式移动焊接机器人的焊缝跟踪问题,从移动焊接机器人的运动学和动力学模型出发,采用分段运动学到动力学的方法设计焊缝跟踪控制器。控制算法结合积分Backstepping算法和单层神经元网络控制算法,利用单层神经元网络的自学习和自适应能力克服机器人模型参数部分未知和扰动的影响,使跟踪更加快速、平滑。在选定系统Lyapunov函数基础上,证明了所选取的控制力矩输入使系统全局渐进稳定。经MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性。

移动焊接机器人轨迹跟踪控制机制及实验

针对目前移动焊接机器人进行滑模变结构控制的动力学研究较少,且滑模变结构控制中产生的高频振荡及其对移动焊接机器人的焊缝跟踪精度影响较大的问题,搭建了移动焊接机器人平台,建立了移动焊接机器人的运动学和动力学模型,并提出了一种能够实现移动焊接机器人高精度焊缝跟踪的新型控制算法.基于移动焊接机器人的动力学模型,采用滑模变结构控制理论对移动焊接机器人进行鲁棒性控制,并采用光滑的连续函数代替滑模变结构控制中的符号,以消除高频振荡的影响.结果表明了所提出方法的可行性和有效性.在焊缝跟踪过程中,移动焊接机器人运行平稳,得到了较高的跟踪精度.

基于高斯基模糊神经网络的移动焊接机器人焊缝实时跟踪

对所研制的焊接移动机器人建立了运动学模型并设计了基于高斯基模糊神经网络的焊缝跟踪控制器。采用Denavit-Hartenberg(D-H)齐次坐标变换法分析了机器人本体和滑块对焊炬点位姿的运动学行为,建立了较为完整地运动学模型。在此基础上,提出了采用高斯基模糊神经网络实现焊缝实时跟踪的方法。采用高斯函数作为隶属函数,以滑块位置和小车方位角作为输入,焊炬的转向调整角作为输出,利用神经网络的自学习和自适应能力,实现模糊隶属函数和控制规则的在线修改。焊缝跟踪试验验证了所设计控制器的有效性,其跟踪精度可始终控制在±0.5 mm以内,满足实际焊接工程的需要。

基于超声波电机的移动焊接机器人焊枪精密定位控制系统研制

为了实现移动焊接机器人焊枪的精密定位控制,提出了焊枪跟踪控制时基于调整电机微步导通时间实现无位置传感器开环精密定位控制的控制系统设计方法.在控制系统设计中充分利用EDA和单片机技术各自的优点,采用CPLD和单片机相结合,实现了双行波超声波电机微步控制.实验证明该控制器可控精度高、可靠稳定、可维护性强,不需要高精度位移传感器就可控制焊枪达到很高的定位精度.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,在基于环形行波超声波电机驱动的XY平面精密定位控制中具有普遍的应用意义.

基于视觉传感器的移动焊接机器人测控系统

设计焊枪侧置的轮式移动焊接机器人并搭建基于虚拟仪器的移动焊接机器人测控系统。在分析移动焊接机器人特点的基础上,设计由PC,NI-PCI7344,NI-DAQ6015以及图像采集卡等组成的硬件系统结构,采用LabVIEW编程平台编制测控系统软件。设计自适应模糊控制器和高斯基模糊神经网络控制器对十字滑块和车轮进行协调控制。采用高斯函数作为模糊神经网络的隶属函数,利用BP算法实现模糊隶属函数和控制规则的在线修改。实验结果表明：该测控系统运行稳定可靠,其跟踪精度可始终控制在-0.4~0.4 mm以内,满足实际焊接工程的需要。

移动焊接机器人的坡口自寻迹算法及实现

介绍了具有自寻迹功能的移动焊接机器人的系统组成 ,在分析移动机器人运动学模型的基础上 ,讨论了机器人坡口自寻迹的算法以及实现过程 ,最后重点分析了自寻迹过程中的轨迹规划 .试验结果表明 :研制的移动焊接机器人能成功地完成焊前的自寻迹任务 ,误差精度可控制在± 1.5mm左右 。

船用移动焊接机器人磁吸附机构研究

履带式移动机器人结构简单,具有较高的运动性能与稳定性,在船舶自动焊接中得到了广泛的应用。为防止履带式移动机构打滑,并使机器人具有在一定坡度的工件上爬行焊接的能力,磁吸附机构的设计和磁吸附力的分析显得尤为重要。对磁性材料的选择、磁路系统单元磁路结构的选择进行了分析,完成了船舶焊接时机器人磁吸附的受力分析,完成了磁吸附机构设计,并在此基础上采用ANSOFT公司的MAXWELL软件对磁场力和磁通密度进行了有限元分析,为驱动电机选型提供依据,为机器人稳定性、运动性能和爬坡能力提供了理论保障。

移动焊接机器人滑模控制研究

分析了移动焊接机器人的运动学模型,给出了切换函数和滑模控制器的实现过程,利用李亚普诺夫函数论证了系统的稳定性。软件仿真结果表明,针对焊接机器人这类高度非线性和不确定性系统,设计的滑模控制器能达到较好的控制品质且有效的减少了系统抖振问题。

基于ADAMS+MATLAB的移动焊接机器人运动仿真

基于虚拟样机技术对在狭小空间内实现焊接自动化的移动焊接机器人进行研究。采用两自由度轮式移动平台,与万向球形成三点支撑,十字滑块作为二级精确运动平台,配合旋转电弧传感器可完成对平面焊缝的精确跟踪。建立了移动焊接机器人数学模型并讨论其运动学方程。在ADAMS中建立虚拟样机并验证其正确性。针对本移动焊接机器人机构特点,采用ADAMS+MATLAB联合仿真技术对移动焊接机器人移动平台进行分析,使用PID控制对两驱动轮转速进行仿真控制,仿真得出了速度响应曲线,为物理样机实验提供了理论基础。