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1、规则自调整模糊控制的弧焊机器人焊缝纠偏研究第19卷第2期2o()6年3月机电产品开簋与辫Development&Innovationofmachinery&electricalproductsVol,19.No.2Mar..2006规则自调整模糊控制的弧焊机器人焊缝纠偏研究欧阳快德,张华,贾剑平,徐建宁(南昌大学机电研究所,江西南昌330029)摘要:采用特征谐波法准确识别焊缝偏差,研究熔池对坡口的影响作用,采用补偿因子加权处理可有效地减小这种影响,因此提高了对偏羔的识别能力.采用规则自调整模糊控制器进行焊缝纠偏控制,以克服常规模糊控制器的不足,
2、使其具有良好性能.关键词:旋转电弧;焊缝纠偏;特征谐坡;规则自调整;模糊控制中图分类号:II242文献标识码:A文章编号:1oo2—6673(2oo6)o2—0o9一O30引言目前的弧焊机器人大多为可编程的示教再现机器,一般示教再现弧焊机器人都带有摆动电弧传感器以进行焊缝的自动纠偏,由于摆动频率比较低,偏差检测灵敏度不高,实时控制性较差.旋转电弧传感器的出现,大大提高了偏差检测的灵敏度,改善了控制性能,因而受到广泛的关注.将旋转电弧传感器应用于弧焊机器人,实现了示教再现弧焊机器人的在线焊缝纠偏,进一步提高了机器人的智能化和适应能力.1旋转电弧传感弧焊机器人焊缝纠
3、偏系统旋转电弧传感器弧焊机器人焊缝纠偏系统如图1所示.该系统主要由弧焊机器人,旋转电弧传感器,弧焊电源,接口电路,计算机信息处理与控制等部分组成.轴3轴转速培定信号l信1丽信号r_LtT]H至圈1弧焊机器人焊缱纠偏系统榧圈Fig.1Systemstructureforcorrectionofweldingp_thdeviationonweldingrobot收稿日期:2006—1-14基金项目:国家自然科学基金项目(59875034)作者简介:欧阳快德(1979-),男,江西吉安人.硕士研究生.研究方向:焊接自动化.旋转电弧传感器采用空心轴电机直接驱动,在电机的
4、转轴上安装了一光电码盘,电机与光码盘等速旋转.该光L_一』肌…+.眦I(a)光码盘外形图(b)速度信号(C)位置信号I圈2光码盘的外骺圈殛输出信号波形圈lng.2-rlheshapeofslightcodingplateandwaveformof:outputsignal码盘的边缘开了一个深槽,64个浅槽,如图2所示.在光码盘上对称安装一对光电耦合开关,光码盘旋转一周,与深槽对应的光电耦合开关导通一次,输出一个脉冲,该脉冲信号经过整形后,一路通过光电隔离后送入计算机中A/D采集卡AC182OA的P1口的2脚,以用来测量旋转电机的转速,一路送人LM2907频压转换
5、芯片,输出后与给定电压比较,构成脉宽调制电路,其输出脉冲用于控制与直流旋转电机串联的功率场效应管的通断,从而控制电机的转速.由LM29o7的工作原理可知,速度控制的脉宽频率直接来自电机的旋转频率,即脉宽调制的频率是变化的,通过变频PWM控制,达到转速恒定的目的.而改变给定信号的电压值,则输出脉冲的宽度将随之变化,从而可以设定旋转速度.与浅槽对应的光电耦合开关当光码盘旋转一周时将发出64个位置脉冲经过整形,光电隔离后输入A/D采集卡的Pl口的12脚,作为焊接电流的采集触发脉冲.每发出一个位置脉冲信号,采集一个该焊炬旋转位置所对应的焊接电流.这对于焊缝偏差信息的正确
6、识别极为重要.焊接电流从霍尔传感器检测得到,为保证计算机的安全及减少来自机器人的干扰,焊接电流不能直接进入9舭焊一码蝻瞬?开发与创新?计算机,需要对该模拟信号进行线性隔离,而一般的光电隔离器的线性区很窄,对于要求保持良好的线性传输场合,不能直接用来隔离,本电流采集电路利用性能一致的两个光电隔离器(同片封装的TIJP521),根据反馈原理设计了一套线性度及稳定性较好的模拟隔离电路.焊接电流从机器人控制柜的扩展插槽的第3脚取出,经线性隔离后A/D采集卡.工业控制计算机负责信号的采集,存储,分析,处理及跟踪控制.机器人的纠偏控制接口是开放的,在控制柜的扩展插槽中提供了
7、用于纠偏信号输入的接口,共有4个输入口,分别对应左,右,上,下的驱动信号输入,当纠偏信号为高电平时,机械手臂朝相应的方向移动.纠偏的速度是通过机器人的内部命令预先设定的,最大移动速度为5mm/s,通过控制高电平持续的时间控制纠偏距离.2焊缝偏差信息的识别对采集到的电流信号经过滤波处理后就可以提取焊缝偏差的信息,焊缝偏差信息的识别包括左右方向和高低方向上的偏差识别.对于高低方向上的偏差识别比较简单,在给定的焊接电压和送丝速度下,焊接平均电流I和高度H成比例关系,其关系可表达为:H=kxI+b,其中k,b为常数,k<O,根据平均电流的变化即可获得焊炬高度的变化
8、.旋转电弧传感器每扫描一
