电弧传感移动式机器人的焊缝跟踪精度研究

论文摘要

近年来,随着机器人技术以及传感器技术的飞速发展,焊缝跟踪机器人在焊接生产中的应用也日渐成熟,焊接生产对于焊缝跟踪精度的要求也越来越高。电弧传感移动式焊缝跟踪机器人应用泛围广,跟踪精度高,跟踪过程稳定,对该种焊缝跟踪机器人的精度研究对于其应用于高速,高精度的焊接生产中具有极大的指导意义。首先,本文针对于焊缝跟踪的工作特性,结合焊接工作中工艺参数对焊缝跟踪的影响,提出了一种基于焊缝重合度的焊缝跟踪评估体系,该评估体系不仅表现了焊缝跟踪过程中的偏差,同时也表现了焊接工艺参数在焊缝成型中的影响作用。其次,在该评估体系的基础上,从运动学模型入手,对实验室电弧传感轮式焊缝跟踪机器人其焊缝跟踪过程建立了D-H坐标系下的五参数数学模型,分析了各误差源对焊缝跟踪精度的影响,结果表明焊缝跟踪控制方法与机器人自身重复定位精度为影响焊缝跟踪质量的主要原因,并且通过仿真与试验证明了该模型以及该评估体系的准确性以及有效性。第三,优化电弧传感轮式焊缝跟踪机器人跟踪控制方法,将自适应模糊PID控制算法应用于焊缝跟踪控制中,应用matlab7.0对焊缝跟踪过程进行仿真分析,结果表明自适应模糊PID控制算法与传统PID控制方法相比,其跟踪精度高,跟踪过程稳定。最后,本文实现了自适应模糊PID控制方法在电弧传感轮式焊缝跟踪机器人中的应用。机器人硬件控制电路采用基于DSPIC30F5015的主控芯片,增加了控制系统的计算能力以及稳定性,提高了电路的集成化,电路采用模块化设计,便于电路的维护与修理。焊缝跟踪十字滑块采用基于主控芯片的PWM时基步进电机控制,控制方法简易,且控制精度高。在软件控制方面,采用模糊查表法实现自适应模糊PID控制,减少了控制器计算量,增加了系统的稳定性。通过实际的焊缝跟踪实验,证明该电弧传感轮式焊缝跟踪机器人其焊缝跟踪过程稳定,跟踪精度较高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 焊接机器人传感器的研究现状
• 1.2.2 焊缝跟踪机器人精度的研究现状
• 1.2.3 焊接机器人控制方法的研究现状
• 1.3 本研究的主要内容
• 第2章 电弧传感轮式移动焊缝跟踪机器人的跟踪精度分析
• 2.1 引言
• 2.2 电弧传感轮式焊缝跟踪机器人的焊缝跟踪精度表征方法
• 2.3 电弧传感轮式焊缝跟踪机器人的焊缝跟踪运动学模型
• 2.3.1 运动学模型D-H 坐标系建立
• 2.3.2 D-H 坐标系下五参数机器人运动学模型
• 2.4 焊缝跟踪机器人误差源分析
• 2.4.1 焊缝跟踪机器人机构误差
• 2.4.2 焊缝跟踪机器人机构误差的模型参数整合
• 2.4.3 焊缝跟踪机器人机构误差对焊枪末端位姿的影响
• 2.5 焊缝跟踪机器人跟踪精度模型仿真分析
• 2.5.1 仿真条件假设
• 2.5.2 焊缝跟踪机器人仿真结果
• 2.5.3 焊缝跟踪机器人仿真结果分析
• 2.6 焊缝跟踪机器人实验结果对照分析
• 2.7 本章小节
• 第3章 用于机器人焊缝跟踪的自适应模糊PID 控制
• 3.1 引言
• 3.2 电弧传感焊缝跟踪系统控制原理
• 3.3 传统数字PID 控制器控制原理
• 3.4 自适应模糊PID 控制器设计
• 3.4.1 自适应模糊PID 控制器结构设计
• 3.4.2 自适应模糊PID 控制器参数模糊整定
• 3.4.3 系统仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 自适应模糊PID 焊缝跟踪控制方法的软硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 轮式电弧传感焊缝跟踪机器人控制系统硬件系统
• 4.2.1 DSPIC30F5015 主控芯片
• 4.3 轮式电弧传感焊缝跟踪机器人控制软件系统
• 4.3.1 自适应模糊PID 控制器软件设计
• 4.3.2 十字滑架调节系统步进电机控制
• 4.4 自适应模糊PID 焊缝跟踪系统跟踪精度实验验证
• 4.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录（个人简历、攻读硕士学位期间的论文及获奖情况）