對于單層神經(jīng)元的移動焊接機(jī)器人焊縫跟蹤方法研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com俘擄生產(chǎn)應(yīng)用移基于單層神經(jīng)元的移動焊接機(jī)器人焊縫跟蹤方法研究烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院(016000)王霄霞摘要針對移動焊接機(jī)器人焊縫跟蹤過程中不確定性因素造成的焊接精度不高的問題，闡述了焊縫跟蹤的基本原理并得到了其誤差模型，同時(shí)建立了基于速度誤差的移動焊接機(jī)器人動力學(xué)模型。為縮短計(jì)算周期同時(shí)保證控制系統(tǒng)的自適應(yīng)性，基于單層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種焊縫跟蹤自適應(yīng)控制器，并采用Lyapu"nov函數(shù)判定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過MATLAB仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了基于單神經(jīng)元的移動焊接機(jī)器人焊縫跟蹤方法具有較好的抗干

2、擾性和魯棒性，表明了所述方法的有效性和正確性。關(guān)鍵詞：移動焊接機(jī)器人焊縫跟蹤單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)中圖分類號：TG4O10前言移動焊接機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，然{e=Y—Y，【(1)而移動焊接機(jī)器人具有非完整約束性，不能利用連續(xù)e=—狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定_】J，導(dǎo)致諸多的現(xiàn)代控制理論成果無法直接用于移動焊接機(jī)器人的控制。所以國內(nèi)外學(xué)術(shù)界針對移動焊接機(jī)器人的控制問題展開eq：q—q=[eeve0](2)了較多的研究。KuoHsingChia，ZhangHua將控制規(guī)則修正、控制量校正、性能檢測等因素加入到自適應(yīng)模

3、糊控制中，經(jīng)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了所述方法的可能性。YangJungmin等人_4基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種焊縫實(shí)時(shí)跟蹤控制器，在一定程度上提高了移動焊接機(jī)善]㈩器人的焊接精度。華南理工大學(xué)通過視覺傳感器獲取焊縫圖像，經(jīng)圖像分析確定焊縫位置偏差，并設(shè)計(jì)了一IxY0．T】，焊縫跟蹤目標(biāo)點(diǎn)的位姿為q，=種參數(shù)自調(diào)PID模糊控制器，可以確保較高的跟蹤精[，Y，]，參考速度為。=[】，那么度【。高延峰、張華等人l7基于Backstepping法設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)控制器，可用于移動焊接機(jī)器人的焊為=【∞]，設(shè)計(jì)一個焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，可縫跟

4、蹤控制。陳善本、張軻等人。?；谀：刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)了一種協(xié)調(diào)控制器，并將其用于移動焊接機(jī)器人的焊縫跟蹤控制。文中在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于單層神經(jīng)元的移動焊接機(jī)器人焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，并進(jìn)行分析和仿真驗(yàn)證。1移動焊接機(jī)器人動力學(xué)模型在實(shí)際的焊縫跟蹤過程中，移動焊接機(jī)器人主要包括3個偏差分量，即橫向位置誤差e，縱向位置誤差收稿日期：2014—12—03圖1移動焊接機(jī)器人焊縫跟蹤誤差示意圖662015年第7期學(xué)兔兔www.xuetutu.com。生產(chǎn)應(yīng)用俘擄保證移動焊接機(jī)器人的焊槍點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的位姿偏差e即e恒為0，e：e；

5、②焊槍參考速度已知；③焊縫=[eeye】滿足1ime≤，其中為趨于0的正的走向已知，即e已知。另外，速度誤差可定義為：．．+數(shù)。e=“d一“(4)=(3．+為便于分析和計(jì)算，結(jié)合實(shí)際情況，可做如下假一般情況下，非完整移動焊接機(jī)器人動力學(xué)模型+設(shè)：①假設(shè)焊槍延長線方向始終能與焊縫(切線)相交，可以表示為：：(q)+c(q，)+尺()+G()+．rd=B(g)r+Ar(9)A(5)y另外，非完整約束可以描述為：度誤差的移動焊接機(jī)器人動力學(xué)方程?可表示為：．A(q)=0(6)=====：====M(q)=一Ce+d一丁+Mz；

6、d+Cd+R(14)其中，M(q)表示系統(tǒng)慣性矩陣；C(q，)表示向心力2焊縫跟蹤控制器設(shè)計(jì)和哥氏力矩陣；R()表示表面摩擦力矩陣；G()表示重力矩陣；r表示未建模擾動量且有界；B(q)表示輸2．1單層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)入變換矩陣；r表示輸入向量；A(q)表示約束矩陣；A與多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，單層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)不但具有表示約束力向量。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)特點(diǎn)，而且可以縮短計(jì)由于存在滿秩矩陣S(q)滿足：算周期。相對而言，基于單層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的控制器具A(g)Js(q)=0(7)有更好的實(shí)時(shí)控制能力?；趩螌由窠?jīng)元的移動

7、焊接由式(5)和(6)可得：機(jī)器人自適應(yīng)控制器框圖如圖2所示。=S(q)(t)(8)對式(8)求導(dǎo)并代人式(5)，等式兩邊同時(shí)乘以矩陣s可得：+C+R+rd=日丁(9)其中，M=SrMS；C=S(MS+CS)；R=SrR；rd=5d；B=SrB；=【]。若令=，=1五，式(9)左乘可得：圖2基于單層神經(jīng)元的移動焊接機(jī)器人自適應(yīng)控制器gu+C+R+rd=Br(10)令丁='rNN+。e一，其中"rNN表示單層神經(jīng)元網(wǎng)其中，M一=TrMT；=Tr(+)；=(+絡(luò)的輸出力矩；K表示正定對角增益矩陣；表示補(bǔ)償一～=一一=一一量，

8、用于補(bǔ)償移動焊接機(jī)器人動力學(xué)系統(tǒng)中未建模的C仃+R)；丁d=Td，B=TB。擾動量。單層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)輸出力矩可表示為：根據(jù)式(4)，假設(shè)參考速度信號為："I"NN=(“d，五d)(15)d(t)=M。一1z(11)式中，表示連接權(quán)值；(，五)表示單層神經(jīng)元網(wǎng)將u(t)帶人式(10)，并進(jìn)行線性化處理可得：絡(luò)的輸入量。由