對于單層神經(jīng)元的移動焊接機器人焊縫跟蹤方法研究

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1、學兔兔www.xuetutu.com俘擄生產(chǎn)應用移基于單層神經(jīng)元的移動焊接機器人焊縫跟蹤方法研究烏海職業(yè)技術學院(016000)王霄霞摘要針對移動焊接機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，同時建立了基于速度誤差的移動焊接機器人動力學模型。為縮短計算周期同時保證控制系統(tǒng)的自適應性，基于單層神經(jīng)元網(wǎng)絡設計了一種焊縫跟蹤自適應控制器，并采用Lyapu"nov函數(shù)判定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過MATLAB仿真試驗驗證了基于單神經(jīng)元的移動焊接機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。關鍵詞：移動焊接機器人焊縫跟蹤單層神經(jīng)網(wǎng)絡動力學中圖分類號：TG4O10前言移動焊接機器人在工業(yè)領域的應用十分廣泛，然{e=Y—Y，【(1)而移動焊接機器人具有非完整約束性，不能利用連續(xù)e=—狀態(tài)反饋實現(xiàn)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定_】J，導致諸多的現(xiàn)代控制理論成果無法直接用于移動焊接機器人的控制。所以國內(nèi)外學術界針對移動焊接機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模

3、糊控制中，經(jīng)仿真和試驗驗證了所述方法的可能性。YangJungmin等人_4基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡設計了一種焊縫實時跟蹤控制器，在一定程度上提高了移動焊接機善]㈩器人的焊接精度。華南理工大學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，并設計了一IxY0．T】，焊縫跟蹤目標點的位姿為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法設計了一種自適應控制器，可用于移動焊接機器人的焊為=【∞]，設計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計了一種協(xié)調(diào)控制器，并將其用于移動焊接機器人的焊縫跟蹤控制。文中在現(xiàn)有研究的基礎上，設計一種基于單層神經(jīng)元的移動焊接機器人焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，并進行分析和仿真驗證。1移動焊接機器人動力學模型在實際的焊縫跟蹤過程中，移動焊接機器人主要包括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移動焊接機器人焊縫跟蹤誤差示意圖662015年第7期學兔兔www.xuetutu.com。生產(chǎn)應用俘擄保證移動焊接機器人的焊槍點與目標點的位姿偏差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．+為便于分析和計算，結合實際情況，可做如下假一般情況下，非完整移動焊接機器人動力學模型+設：①假設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器人動力學方程?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焊縫跟蹤控制器設計和哥氏力矩陣；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)絡控制器設計入變換矩陣；r表示輸入向量；A(q)表示約束矩陣；A與多層神經(jīng)網(wǎng)絡相比，單層神經(jīng)元網(wǎng)絡不但具有表示約束力向量。神經(jīng)網(wǎng)絡控制的自適應、自學習特點，而且可以縮短計由于存在滿秩矩陣S(q)滿足：算周期。相對而言，基于單層神經(jīng)元網(wǎng)絡的控制器具A(g)Js(q)=0(7)有更好的實時控制能力?；趩螌由窠?jīng)元的移動

7、焊接由式(5)和(6)可得：機器人自適應控制器框圖如圖2所示。=S(q)(t)(8)對式(8)求導并代人式(5)，等式兩邊同時乘以矩陣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)元的移動焊接機器人自適應控制器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(+)；=(+絡的輸出力矩；K表示正定對角增益矩陣；表示補償一～=一一=一一量，

8、用于補償移動焊接機器人動力學系統(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)絡輸出力矩可表示為：根據(jù)式(4)，假設參考速度信號為："I"NN=(“d，五d)(15)d(t)=M。一1z(11)式中，表示連接權值；(，五)表示單層神經(jīng)元網(wǎng)將u(t)帶人式(10)，并進行線性化處理可得：絡的輸入量。由