旋轉(zhuǎn)電弧傳感全輪轉(zhuǎn)向移動(dòng)焊接機(jī)器人焊縫跟蹤控制仿真研究

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1、分類號(hào)：密級(jí)：ＵＤＣ：學(xué)號(hào)：４０５９２８９１５０８５南昌大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文旋轉(zhuǎn)電弧傳感全輪轉(zhuǎn)向移動(dòng)焊接機(jī)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(jī)電工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名、職稱：毛志偉副教授申請(qǐng)學(xué)位的學(xué)科門(mén)類：工學(xué)

2、學(xué)科專業(yè)名稱：機(jī)械工程０論文答辯日期：２１８年月日答辯委員會(huì)主席：評(píng)閱人：２０１８年月日摘要摘要焊接廣泛應(yīng)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(xiǎn)高，焊接自動(dòng)化、智能化成為焊接自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)，旋轉(zhuǎn)電弧由于其眾多優(yōu)點(diǎn)，成為其中一種主要的焊縫跟蹤傳感器。本文以四輪驅(qū)動(dòng)全輪差速轉(zhuǎn)向移動(dòng)焊接機(jī)器人為對(duì)象，對(duì)其虛擬樣機(jī)進(jìn)行焊縫跟蹤控制仿真研究，以獲得適合該機(jī)器人控制方法與控制器。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)電弧移動(dòng)機(jī)器人的焊縫跟蹤控制，需要建立機(jī)器人的仿真模型，為機(jī)器人設(shè)計(jì)控制器，提取準(zhǔn)確的

3、焊縫偏差。為了建立電弧長(zhǎng)度變化和焊縫偏差之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)于旋轉(zhuǎn)電弧一個(gè)周期中弧長(zhǎng)變化的分析，在以往的電弧模型的基礎(chǔ)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(yàn)證公式的正確性，并以此為基礎(chǔ)對(duì)特征平面法進(jìn)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(jié)合，在虛擬樣機(jī)中獲得了電弧長(zhǎng)度；然后，對(duì)單周期電弧長(zhǎng)度運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行平面擬合獲得了電弧長(zhǎng)度的特征平面，建立了特征平面斜率和偏差之間的對(duì)應(yīng)公式。對(duì)旋轉(zhuǎn)電弧移動(dòng)焊接機(jī)器人ADAMS模型進(jìn)行調(diào)試，并驗(yàn)證ADAMS模

4、型的正確性。由于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器采集信號(hào)為離散值，故對(duì)仿真時(shí)信號(hào)進(jìn)行了離散化處理，然后設(shè)計(jì)了PID和自適應(yīng)模糊PID兩種控制器，基于虛擬樣機(jī)，采用聯(lián)合仿真方法，對(duì)典型的直線、折線焊縫進(jìn)行了控制仿真研究。首先使用離散的PID控制進(jìn)行控制研究，跟蹤焊縫方向和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平行的直線和起始有偏差的直線，跟蹤過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行位姿調(diào)整，最大誤差小于±0.02mm，跟蹤效果較好。但對(duì)復(fù)雜軌跡焊縫跟蹤，需要再對(duì)十字滑臺(tái)進(jìn)行自適應(yīng)模糊PID控制器的設(shè)計(jì)，并對(duì)先直線后斜線，直線圓弧斜線相復(fù)合的不同線型的軌跡進(jìn)行跟蹤控制。跟蹤過(guò)

5、程中最大誤差小于0.4mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明自適應(yīng)模糊PID對(duì)于復(fù)雜焊縫跟蹤控制效果較好。本文對(duì)實(shí)際旋轉(zhuǎn)電弧焊接機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)，降低了成本，加快了本機(jī)器人的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)電弧傳感；移動(dòng)焊接機(jī)器人；電弧長(zhǎng)度模型；特征平面法；聯(lián)合仿真控制；自適應(yīng)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