双线激光传感移动焊接机器人V型焊缝跟踪控制

摘要

伴随着焊接技术在工业领域的不断发展，人们开始对焊接质量的要求也越来越高，而焊接质量受到如高温、飞溅、烟尘、人为或机械误差、受热变形的诸多因素的干扰影响，使得焊接自动化成为必然趋势。
　　针对一些如航空航天、船舱狭小空间等，人工难以达到或工作环境比较恶劣的情况，采用基于双线传感的移动式焊接机器人来进行焊缝跟踪控制，来达到保证焊接质量的要求。该机器人是一种紧凑新型的，差速模式全轮转向方式的移动焊接机器人。分析了机器人无侧滑条件，建立机器人的误差模型，采用MATLAB软件对其进行了运动学仿真，结果表明，所建立的无侧滑运动学模型正确。
　　为分析机器人的运动学特性对机器人的控制器的影响，首先建立了该机器人的虚拟样机，设计了机器人的PID控制器，并采用MATLAB与ADAMS软件对机器人虚拟样机进行了联合控制仿真研究，斜线轨迹与圆弧等典型焊缝轨迹控制仿真结果表明，斜线轨迹跟踪最大误差为-0.0761mm，圆弧轨迹跟踪最大误差为-0.0732mm，仿真误差均小于±0.5mm，整体误差稳定性尚可。
　　根据上述控制仿真结果并结合实际机器人，设计该机器人焊缝跟踪控制器，主要是PID控制和模糊控制。系统采用了在控制中常见的PID的控制策略，进行仿真控制实验，得到一个基本满意的控制效果；为了提高控制精度，改善系统的响应速度，对焊枪所在的十字滑台部分的控制设计了模糊控制，同时进行仿真控制研究，结果表明斜线轨迹跟踪最大误差-0.0440m，精度有所提高，且系统稳定性变好。
　　最后，设计搭建了焊接系统的硬件平台，并在VC++6.0开发环境下，编写了焊缝软件控制系统平台。采用模糊 PID控制策略，进行了斜线焊缝跟踪控制实验，焊缝跟踪误差在0.5mm以内，实验结果表明，该控制方法效果良好，精度满足要求，跟踪可靠。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题概述

1.2 课题相关技术及国内外发展情况

1.3 本文主要的研究内容

1.4 本章小结

第2章 移动焊接机器人运动学分析及仿真

2.1 引言

2.2 差速转向结构及原理

2.3 无侧滑条件及误差模型的建立

2.4 无侧滑转向运动学仿真与分析

2.5 本章小节

第3章 移动焊接机器人联合控制仿真研究

3.1 引言

3.2 移动焊接机器人模型研究

3.3 样机建立

3.4 ADAMS+MATLAB联合控制仿真研究

3.5 本章小结

第4章 焊缝跟踪控制器的设计

4.1 问题描述

4.2 PID控制

4.3 模糊控制

4.4 本章小节

第5章 移动焊接机器人控制系统平台建立与实验研究

5.1 硬件系统

5.2 软件系统平台

5.3 焊缝跟踪控制实验

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果