平面自主移动机器人空间弯曲角焊缝跟踪控制

摘要

随着船舶业的飞速发展，人们对焊接的质量提出了更高的要求，使用基于旋转电弧传感机器人能够很好地实现对空间弯曲角焊缝的跟踪，有利于实现船舱中格子形焊缝的焊接自动化。
　　在前人工作的基础上，本文对焊接机器人的机械部分和硬件部分进行了改进，使机器人的性能更加可靠，外形更像产品。
　　本文研究了旋转电弧传感信号滤波方法及焊枪偏差识别算法和控制算法。在焊接电流的滤波方法中，本文研究了中值滤波、均值滤波、阈值处理滤波、线性滤波、软阈值小波滤波和三次曲线拟合滤波，以及两种组合滤波方法，分别是基于软阈值小波滤波的组合滤波方法和基于阈值处理的组合滤波方法。在偏差识别算法中，本文研究了最小二乘法偏差识别、绝对差法偏差识别和最小距离分类器偏差识别。在控制算法中，本文还对模糊控制算法和多个模式类的感知机进行了研究。
　　针对工厂中焊缝都比较长而水平滑块的行程比较短的问题，本文对旋转电弧传感机器人跟踪弯曲角焊缝进行了研究，包括基于水平滑块的伸缩跟踪焊缝，基于两轮差速运动跟踪焊缝，轮子和水平滑块协调运动跟踪焊缝，轮子、水平滑块和垂直滑块协调运动跟踪焊缝，实验结果证明了所设计算法的正确性。
　　格子形焊缝由90?折线角焊缝组成。为了实现机器人对格子形焊缝的自动焊接，本文对没有流水孔的水平面内90?折线角焊缝的跟踪进行了研究，关键技术包括90?折线角焊缝交叉点的识别以及路径规划。此外，本文也对焊缝终点的检测，立焊焊缝的跟踪和仰焊焊缝的跟踪进行了研究。实验结果表明，所设计算法是正确的。
　　最后，为了提高焊接机器人对工厂恶劣环境的适应能力，本文对机器人通过焊道，存在对接焊缝和装配焊缝的角焊缝，存在间隙的角焊缝，识别初始焊接位置以及多道焊进行了研究，并采取了相应的措施，使这些干扰不影响焊缝跟踪的精确度，从而提高了机器人智能化的程度。实验结果表明，所设计的算法提高了机器人的抗干扰能力。

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第1章 引言

1.1 研究的目的和意义

1.2 焊接机器人发展现状

1.3 用于焊缝跟踪的传感技术

1.4 用于焊缝跟踪的信号处理技术

1.5 本文的主要研究工作

1.6 本章小结

第2章 机器人机构和系统硬件的设计

2.1 焊接机器人系统的设计

2.2 机器人机械部分的设计

2.3 控制系统硬件的设计

2.4 本章小结

第3章 旋转电弧传感信号滤波及焊枪偏差识别和控制算法

3.1 焊接电流的滤波

3.2 偏差识别算法

3.3 控制算法

3.4 本章小结

第4章 基于旋转电弧传感机器人对弯曲角焊缝的跟踪

4.1 基于水平滑块的伸缩跟踪焊缝

4.2 基于两轮差速运动跟踪焊缝

4.3 轮子和水平滑块协调运动跟踪焊缝

4.4 轮子、水平滑块和垂直滑块协调运动跟踪焊缝

4.5 本章小结

第5章 90?折线角焊缝及立焊焊缝和仰焊焊缝的跟踪

5.1 无流水孔的水平面内90?折线角焊缝的跟踪

5.2 焊缝终点的检测

5.3 立焊焊缝和仰焊焊缝的跟踪

5.4 本章小结

第6章 提高基于电弧传感机器人跟踪焊缝的抗干扰能力

6.1 机器人通过焊道

6.2 竖直的对接焊缝

6.3 装配焊缝和多道焊

6.4 存在间隙的角焊缝

6.5 初始焊接位置的识别

6.6 本章小结

第7章 结论和展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果