UPR100弧焊机器人焊缝跟踪控制策略

摘要

焊接机器人是一个十分复杂的多输入多输出非线性系统，它具有时变、强耦合和非线性特性。在实际操作中，末端焊枪的位置往往会偏离理论位置，形成焊接误差，从而影响焊接质量，因此，研究焊接机器人的焊缝跟踪控制非常必要，它也是工业机器人控制的一个重要方面。本文针对UPR100弧焊机器人进行了焊缝跟踪控制策略研究，主要内容如下：
　　首先，采用D-H方法建立机器人连杆坐标系，利用齐次变换矩阵建立机器人运动学方程，并基于正/逆运动学分析，在直角坐标空间内对弧焊机器人进行轨迹规划。
　　其次，基于SimMechinics对UPR100弧焊机器人进行建模仿真，并把轨迹规划仿真数据与理论数据进行比较，验证了采用直角坐标空间进行轨迹规划的合理性以及正/逆运动学公式推导的正确性，为弧焊机器人动力学研究提供了理论基础。
　　然后，基于拉格朗日方法建立弧焊机器人的动力学模型，利用Pro/E进行三维建模，求得各连杆质量、质心坐标和转动惯量等动力学参数。通过Matlab编程计算各连杆的主动驱动力矩与关节角度的函数关系，并通过仿真验证了动力学参数的正确性，为弧焊机器人焊缝跟踪控制研究奠定基础。
　　最后，为了克服弧焊机器人模型中非线性、耦合、不确定性等因素对控制性能的影响，将PD控制、滑模变结构控制和前馈模糊PD控制等控制方法应用于弧焊机器人的焊缝跟踪控制，仿真结果表明效果良好。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2焊接机器人组成和分类

1.3国内外焊接机器人关键技术发展研究现状

1.4本文主要研究工作

第二章 UPR100弧焊机器人运动学及轨迹规划仿真

2.1 机器人数学基础

2.2 机器人运动学

2.3UPR100弧焊机器人逆运动学及雅克比矩阵

2.4UPR100弧焊机器人轨迹规划

2.5基于SimMechanics的UPR100弧焊机器人轨迹规划仿真

2.6本章小结

第三章 UPR100弧焊机器人动力学

3.1UPR100弧焊机器人动力学分析

3.2UPR100弧焊机器人动力学计算

3.3UPR100弧焊机器人动力学参数辨识

3.4UPR100弧焊机器人动力学参数验证

3.5本章小结

第四章 UPR100弧焊机器人焊缝跟踪控制策略

4.1 引言

4.2独立PD控制

4.3机器人解耦

4.4滑模变结构控制

4.5前馈模糊PD控制

4.6本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文