履带式爬行焊接机器人焊缝跟踪控制系统研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要随着制造业的不断发展，传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量要求，提高焊接自动化程度已成为现代焊接工艺发展的关键问题。焊接机器人的发明使焊接自动化产生革命性的进步，它的出现极大地提高了焊接生产的自动化水平，使焊接工艺的生产效率和生产质量产生了质的飞跃。本文设计了一种应用于大口径管道内外壁焊接的全位置爬行式焊接机器人系统。首先，本文从总体上介绍焊接机器人的系统组成，并具体分析了机器人系统的运动机构、焊接系统、检测系统与控制系统四个组成部分的功能和实现方案。其次，本文着重研究了机器人焊缝跟踪系统的控制

2、方法。建立了机器人平面运动学模型并以此为基础，提出适合应用于本系统的两种控制方法：PID控制和模糊控制，结合两种控制方法本身特点并根据实际焊接要求初步设计了PID运动控制器和模糊运动控制器。接着，本文分别建立了基于PID控制器和模糊控制器的机器人执行部分Matlab/Simulink仿真模型，通过对四种典型形状的焊缝跟踪仿真实验，分析比较两种控制方法的优劣，并对仿真中出现跟踪误差的原因和可能的改进方案做出分析。最后，结合焊接机器人的控制要求，本文提出了一种由PLC作为主控制器的控制实现方法，并具体设计了PLC控制系统的硬件组成和软件设计结构

3、。关键词：焊接机器人焊缝跟踪PID控制模糊控制Matlab/Simulink仿真模型PLCI华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofmanufacturingindustry,thetraditionalmanualweldinghasnotbeenabletomeettherequirementsofmodernhigh-techmanufacturinginqualityorquantity.Therefore,improvingthedegreeofweldingautomationhasbec

4、omeakeyissueinmodernweldingtechnology.Theinventionofweldingrobotwasarevolutionaryprogressinweldingautomation,whichrapidlyimprovedtheautomaticlevelofweldingandbroughtessentialadvancesinefficiencyandqualityoftheweldingproduction.Amobileweldingrobotsystemdesignedforlargediame

5、terpipelines’weldingwasproposedinthispaper.Atfirst,thesystemarchitectureofweldingrobotwasintroduced.Therearefourmajorpartsinthesystem:motionmechanism,weldingsystem,detectionsystemandcontrolsystem.Thefunctionandschemeofeachpartwasanalyzed.Secondly,thepaperfocusesonthecontro

6、lmethodofseamtrackingsystem.Therobot’skinematicsmodelwasestablished.Basedonthemodel,twocontrolmethodswhicharesuitableforthesystemwereintroduced:PIDcontrolandfuzzycontrol.ThenthePIDcontrollerandthefuzzycontrollerweredesignedaccordingtothecontrolalgorithms’characteristicsand

7、actualrequirements.Subsequently,tworobot’ssimulationmodelswereestablishedbasedonPIDcontrollerandfuzzycontrollerrespectively,andsimulatingexperimentswereproceededbytrackingfourtypicaltrajectories.Accordingtosimulatingresults,theperformancesoftwocontrolmethodswerecompared,th

8、ecausesforthetrackingerrorswereanalyzedandsomepossibleimprovementplanswereproposed.Finall