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基于旋转电弧的焊缝跟踪移动机器人的研究

作　者: 肖兵球
导　师: 洪波
学　校: 湘潭大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 焊缝跟踪 电弧传感器 焊缝偏差角 移动机器人
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 75次
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内容摘要


随着用于焊接的钢材总量逐年上升,作为材料加工主要手段的焊接在工程应用中也越来越广。但由于焊接工作强度大,工作环境恶劣,并且焊接烟尘对人体也有一定的伤害。尤其以独生子女为主的80/90逐渐成为主要工作者后愿意从事焊接工作的工人越来越少,因此,实现焊接自动化显得尤为迫切。本文的主要目的在于研究能长时间稳定自主跟踪长焊缝的焊缝跟踪系统。本文分析了电弧传感器的工作特点,对电弧传感器难以长时间进行焊接作业的原因进行了分析;并对扫描焊炬进行了热分析,找到了导致电弧传感器信号不稳定的原因。针对上述结果设计了带冷却系统的导电杆模块,解决长时间焊接过程中焊炬温度过高的问题;在此基础上对电弧传感器进行了整体优化设计:将光码盘及其处理电路内置,优化了水、气、电通路,并生产制作了扫描焊炬。采用数学建模的方法对十字滑块作为执行机构的焊缝跟踪系统进行了研究,建立动态电弧的运动模型并进行了Matlab仿真,分析了十字滑块的运动对电弧偏差信号的影响,确定了旋转频率和滑块运动速度的范围,并对焊缝跟踪算法算法进行了改进。提高了局部跟踪精度,提高了抗干扰的能力。对移动式机器人运动平台进行了运动分析,建立了以偏差角和焊接速度控制小车沿焊缝方向运动的计算公式,并采用PID算法对驱动小车的电机进行控制,对焊接电流进行了建模分析,并得出了极值点反映焊缝偏差角的结论,在此基础上,采用区间积分比较法获得了焊缝偏差角的近似值。分析了以焊缝偏差角控制机器人移动平台,焊缝偏差量控制十字滑块进行焊缝跟踪的方法,并采用高性能工业芯片简化了焊缝跟踪系统控制电路,实现了焊缝跟踪。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 引言  8-16
  1.1 研究的目的和意义  8-10
  1.2 焊接机器人的研究现状  10-12
  1.3 焊缝跟踪传感技术  12-14
    1.3.1 常用焊缝跟踪传感器  12
    1.3.2 附加式焊缝传感器  12-13
    1.3.3 电弧传感器  13-14
  1.4 论文主要研究任务  14-16
第2章 旋转电弧传感器优化  16-28
  2.1 轮式焊接机器人组成  16-17
  2.2 电弧传感器原理  17-19
  2.3 旋转电弧传感器的热分析  19-24
  2.4 旋转电弧传感器结构优化  24-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 电弧动态运动分析  28-37
  3.1 概述  28
  3.2 偏差信号的获得和处理  28-30
  3.3 电弧的动态运动轨迹  30-33
    3.3.1 电弧的动态运动轨迹数学模型  30-31
    3.3.2 电弧的动态运动轨迹Matlab 仿真分析  31-32
    3.3.3 动态运动的焊接电弧仿真分析  32-33
  3.4 动态运动电弧的焊缝跟踪算法  33-34
    3.4.1 主信号积分差值法  33
    3.4.2 调节频速比  33-34
    3.4.3 旋转电弧传感器跟踪系统参数的确定  34
  3.5 实验分析  34-35
  3.6 本章小结  35-37
第4章 焊接移动平台的研究  37-48
  4.1 概论  37-38
  4.2 焊炬运动学模型  38-40
  4.3 焊缝偏差角分析  40-47
    4.3.1 焊缝偏差信号模型分析  40-42
    4.3.2 不同偏差角和偏差量e 时焊接波形仿真分析  42-46
    4.3.3 分区积分比较法求偏差角  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章 焊缝跟踪系统的实现  48-61
  5.1 概论  48-49
  5.2 焊缝跟踪控制系统电路优化设计  49-54
    5.2.1 直流电机驱动电路的电路优化  49-51
    5.2.2 光码盘电路的优化  51
    5.2.3 机器人移动平台的驱动设计  51-52
    5.2.4 整体电路的优化  52-54
  5.3 焊缝跟踪控制系统软件设计  54-57
    5.3.1 PID 控制算法对小车驱动控制  54-56
    5.3.2 主程序及外部中断流程图  56-57
  5.4 试验  57-60
    5.4.1 小车的运动特性试验  57-58
    5.4.2 焊缝跟踪试验  58-60
  5.5 本章小结  60-61
第6章 总论与展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
附录(个人简历、攻读硕士学位期间的论文及获奖情况)  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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