旋轉電弧傳感全輪轉向移動焊接機器人焊縫跟蹤控制仿真研究

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1、分類號：密級：ＵＤＣ：學號：４０５９２８９１５０８５南昌大學碩士研究生學位論文旋轉電弧傳感全輪轉向移動焊接機器人焊縫跟蹤控制仿真研究ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＷｅｌｄｉｎｇＳｅａｍＴｒａｃｋｉｎＣｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｇＡ－ｗｈｅｅ－ｔａｏｂｅｎｓｏｒｌｌｌｄｉｆｅｒｅｎｉｌＢｉｌＷｅｌｄｉＲｏｂｏｔｗｉｔｈＲｏｔａｔｉｎＡｒｃＳｅｎｇｇ李向春培養(yǎng)單位（院、系）：機電工程學院指導教師姓名、職稱：毛志偉副教授申請學位的學科門類：工學

2、學科專業(yè)名稱：機械工程０論文答辯日期：２１８年月日答辯委員會主席：評閱人：２０１８年月日摘要摘要焊接廣泛應用于制造行業(yè)，焊接環(huán)境惡劣，而且有些焊接難度大、危險高，焊接自動化、智能化成為焊接自動化發(fā)展的必然趨勢，旋轉電弧由于其眾多優(yōu)點，成為其中一種主要的焊縫跟蹤傳感器。本文以四輪驅動全輪差速轉向移動焊接機器人為對象，對其虛擬樣機進行焊縫跟蹤控制仿真研究，以獲得適合該機器人控制方法與控制器。進行旋轉電弧移動機器人的焊縫跟蹤控制，需要建立機器人的仿真模型，為機器人設計控制器，提取準確的

3、焊縫偏差。為了建立電弧長度變化和焊縫偏差之間的關系，通過對于旋轉電弧一個周期中弧長變化的分析，在以往的電弧模型的基礎上，建立了基于最短距離放電的新的電弧模型，并在仿真中驗證公式的正確性，并以此為基礎對特征平面法進行研究。建立了虛擬焊縫模型，并按最短放電路徑方法，采用MATLAB與ADAMS相結合，在虛擬樣機中獲得了電弧長度；然后，對單周期電弧長度運用最小二乘法進行平面擬合獲得了電弧長度的特征平面，建立了特征平面斜率和偏差之間的對應公式。對旋轉電弧移動焊接機器人ADAMS模型進行調試，并驗證ADAMS模

4、型的正確性。由于旋轉電弧傳感器采集信號為離散值，故對仿真時信號進行了離散化處理，然后設計了PID和自適應模糊PID兩種控制器，基于虛擬樣機，采用聯合仿真方法，對典型的直線、折線焊縫進行了控制仿真研究。首先使用離散的PID控制進行控制研究，跟蹤焊縫方向和機器人運動平行的直線和起始有偏差的直線，跟蹤過程中無需進行位姿調整，最大誤差小于±0.02mm，跟蹤效果較好。但對復雜軌跡焊縫跟蹤，需要再對十字滑臺進行自適應模糊PID控制器的設計，并對先直線后斜線，直線圓弧斜線相復合的不同線型的軌跡進行跟蹤控制。跟蹤過

5、程中最大誤差小于0.4mm，實驗結果表明自適應模糊PID對于復雜焊縫跟蹤控制效果較好。本文對實際旋轉電弧焊接機器人控制器的設計提供了經驗，降低了成本，加快了本機器人的應用。關鍵詞：旋轉電弧傳感；移動焊接機器人；電弧長度模型；特征平面法；聯合仿真控制；自適應模糊PID控制；IABSTRACTABSTRACTWeldingiswidelyusedinthemanufacturingindustry,theweldingenvironmentisharsh,andsomeweldingisdifficult

6、anddangerous.Weldingautomationandintelligentizationbecometheinevitabletrendofthedevelopmentofweldingautomation.Becauseofitsmanyadvantages,rotatingarchasbecomeoneofthemajorweldtrackingsensors.Thisarticleisbasedonafour-wheel-drivedandall-wheel-differentia

7、lsteeringmobileweldingrobot.Simulationstudyofweldtrackingcontrolforitsvirtualprototypetoobtainasuitablerobotcontrolmethodandcontroller.Thetrackingcontroloftheweldingseamoftherotatingarcmobilerobotneedstoestablishthesimulationmodeloftherobottodesigntheco

8、ntrollerfortherobot,andtoextracttheaccuratewelddeviation.Inordertoestablishtherelationshipbetweenthearclengthchangeandthewelddeviation,byanalyzingthearclengthvariationduringtheonecycleoftherotatingarc.Anewarcmodelconsideringthesh