平面自主移动机器人空间弯曲角焊缝跟踪控制

发布时间：2017-10-29 20:32

  本文关键词：平面自主移动机器人空间弯曲角焊缝跟踪控制

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【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。
【关键词】：焊接机器人 旋转电弧传感器 偏差识别 控制算法 焊缝跟踪
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242;TG441.7
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-19
• 1.1 研究的目的和意义10-11
• 1.2 焊接机器人发展现状11-12
• 1.3 用于焊缝跟踪的传感技术12-15
• 1.3.1 电磁感应式传感器12
• 1.3.2 接触式传感器12-13
• 1.3.3 视觉传感器13
• 1.3.4 声学传感器13
• 1.3.5 电弧传感器13-15
• 1.4 用于焊缝跟踪的信号处理技术15-17
• 1.4.1 滤波算法15-16
• 1.4.2 偏差识别算法16-17
• 1.4.3 控制算法17
• 1.5 本文的主要研究工作17-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第2章 机器人机构和系统硬件的设计19-34
• 2.1 焊接机器人系统的设计19-20
• 2.2 机器人机械部分的设计20-25
• 2.3 控制系统硬件的设计25-33
• 2.3.1 运动控制部分的电路设计25-28
• 2.3.2 信号采集部分的电路设计28-30
• 2.3.3 防跌落部分的电路设计30-31
• 2.3.4 其它部分的电路设计31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 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34-50
• 3.1 焊接电流的滤波34-42
• 3.1.1 中值滤波34
• 3.1.2 均值滤波34
• 3.1.3 阈值处理滤波34-35
• 3.1.4 线性滤波器35
• 3.1.5 软阈值小波滤波35-36
• 3.1.6 三次曲线拟合滤波36
• 3.1.7 焊接电流的滤波过程36-42
• 3.2 偏差识别算法42-46
• 3.2.1 最小二乘法偏差识别42-43
• 3.2.2 绝对差法偏差识别43-45
• 3.2.3 最小距离分类器偏差识别45-46
• 3.3 控制算法46-49
• 3.3.1 模糊控制算法46-48
• 3.3.2 多个模式类的感知机48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 基于旋转电弧传感机器人对弯曲角焊缝的跟踪50-70
• 4.1 基于水平滑块的伸缩跟踪焊缝50-53
• 4.1.1 基于水平滑块伸缩跟踪焊缝的实现50-51
• 4.1.2 实验51-53
• 4.2 基于两轮差速运动跟踪焊缝53-57
• 4.2.1 基于两轮差速运动跟踪焊缝的实现53-56
• 4.2.2 实验56-57
• 4.3 轮子和水平滑块协调运动跟踪焊缝57-62
• 4.3.1 基于轮子和水平滑块协调运动跟踪焊缝的实现57-59
• 4.3.2 实验59-62
• 4.4 轮子、水平滑块和垂直滑块协调运动跟踪焊缝62-69
• 4.4.1 基于垂直滑块在竖直方向上跟踪焊缝62-64
• 4.4.2 空间弯曲角焊缝跟踪的实现64
• 4.4.3 实验64-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第5章 90° 折线角焊缝及立焊焊缝和仰焊焊缝的跟踪70-87
• 5.1 无流水孔的水平面内90° 折线角焊缝的跟踪70-78
• 5.1.190° 折线角焊缝交叉点的识别70-73
• 5.1.2 路径规划73-76
• 5.1.3 实现76-77
• 5.1.4 实验77-78
• 5.2 焊缝终点的检测78-79
• 5.3 立焊焊缝和仰焊焊缝的跟踪79-86
• 5.3.1 立焊焊缝的跟踪79-84
• 5.3.2 仰焊焊缝的跟踪84-86
• 5.4 本章小结86-87
• 第6章 提高基于电弧传感机器人跟踪焊缝的抗干扰能力87-96
• 6.1 机器人通过焊道87-89
• 6.2 竖直的对接焊缝89-90
• 6.3 装配焊缝和多道焊90-92
• 6.4 存在间隙的角焊缝92
• 6.5 初始焊接位置的识别92-94
• 6.6 本章小结94-96
• 第7章 结论和展望96-98
• 7.1 结论96
• 7.2 展望96-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-102
• 攻读学位期间的研究成果102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 彭俊斐;张华;毛志伟;高延峰;;新型旋转电弧传感系统的研究[J];传感器与微系统;2007年12期

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3 叶建雄;张华;;旋转电弧水下药芯焊丝电弧焊的智能化焊接系统[J];焊接学报;2008年03期

4 高延峰;张华;肖建华;;旋转电弧传感器焊枪空间姿态识别[J];焊接学报;2009年03期

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1 毛志伟;旋转电弧传感移动焊接机器人机构设计与仿真[D];南昌大学;2007年

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本文编号：1114587