电弧传感移动式焊接机器人的数学建模及仿真

摘要

通过数学模型对实际应用中的复杂系统进行仿真分析是目前复杂系统研究常用的一种基本方法。为了改善电弧传感器移动式焊接机器人系统的动态品质、提高控制精度，出现了多种数学建模及仿真方法，为系统的设计、优化和控制提供了有意义的指导，但由于系统结构复杂、影响因素多，导致建模难度较大，目前对其机理的研究多限于零散、定性分析的水平，且研究的方法及范围过于简单和局限。 要从根本上改善电弧传感器移动式弧焊机器人研究与应用现状，就必需克服传统建模及仿真方法的弊端，把电弧传感器移动式弧焊机器人系统视为一个整体，建立整体模型，深入研究弧焊机器人系统中各部分的个体微观行为对系统整体宏观行为的影响机理。电弧传感器移动式焊接机器人系统的整体建模涉及到很多问题，是一件十分因难的工作，本文采用的模块化建模方法是解决这个问题的有效途径之一。 本文在自行开发的电弧传感器移动式弧焊机器人系统的基础上，旨在提出一种对电弧传感器移动式焊接机器人系统进行整体数学描述的方法，通过数值仿真研究各影响因素对系统主要参数的影响，为开发高精度电弧传感器移动式焊接机器人系统提供理论依据。 主要内容包括： ⑴建立电弧传感器移动式焊接机器人系统各部分Matlab/Simulink仿真模型，并对各部分主要影响因素进行初步分析。 ⑵对几种基本的信号处理方法建立Matlab/Simulink仿真模型，设计基于小波变换的低通滤波器，建立小波分析方法的数学模型，对信号特征进行仿真分析，确定传感器工作参数，把小波变换技术成功应用于电弧传感器的信号处理。 ⑶建立了几种小车与水平滑块驱动控制方法的数学模型，进行Matlab仿真。提出了电子差速法和焊缝切线法，并成功地用于机器人焊接小车的转弯控制、水平调节控制及协调优化。 ⑷在建立了各部分仿真模型的基础上，采用模块化建模方法，建立电弧传感器移动式焊接机器人系统的整体Matlab/Simulink仿真模型。并对系统整体进行了仿真分析。应用仿真分析结果，成功地完成了“电弧传感器移动式焊接机器人系统的研究及开发”项目。