船舶制造爬行式焊接机器人控制系统的研究

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1、工程硕士学位论文船舶制造爬行式焊接机器人控制系统的研究作者姓名龚成工程领域机械工程校内指导教师石永华教授校外指导教师梁明高工所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年1月StudyontheControlSystemofaMobileWeldingRobotforShipbuildingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GongChengSupervisor：Prof.ShiYonghuaSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP24

2、2学校代号：10561学号：201221002426华南理工大学硕士学位论文船舶制造爬行式焊接机器人控制系统的研究作者姓名：龚成指导教师姓名、职称：石永华教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：机械工程论文形式：产品研发□工程设计□应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：数字化设计与制造论文提交日期：2015年1月10日论文答辩日期：2015年3月14日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：曹彪委员：石永华易耀勇黄延禄吴开源华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中

3、特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：f&日期：MG年2月G日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮P:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文

4、档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在____年解密后适用本授权书。©布保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者签名：K曰期以晴iA邮指导教师签曰期冰作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编):摘要船体合拢焊接是船舶制造工程中的重要工序，直接影响造船质量与效率。由于船体合拢焊缝的尺寸较大，焊接环境复杂，目前仍采用手工焊接。手工焊接质量不稳定、效率低。因此，研发用于船体

5、三维曲线焊缝自动焊接的爬行式焊接机器人，可提高船舶制造的焊接质量和效率，具有较大的实际应用价值。本文研究开发了一种爬行式焊接机器人的控制系统并进行了焊接试验。本文首先设计了爬行式焊接机器人的机械结构及焊缝位置检测系统。机器人利用磁力吸附在船体上，根据焊接机器人的工作负载计算了磁铁的规格尺寸。分别使用接触式位移传感器和视觉传感器检测焊缝在Y方向和Z方向的位置。使用焊缝附近的区域代替理想标定平面，并开发了一种视觉系统标定方法；采用曲率搜索模型对焊缝特征进行识别，用直线拟合求交点的方式使得焊缝识别精度达到亚像素级。本文所设计的爬行式焊接机器人的控制系统架构为上位机+运动控制器，

6、两者之间采用串口通讯，完成了基于FPGA运动控制器的电路板设计与制作。在QuartusII开发环境下开发了运动控制系统程序，包括外围器件接口模块、FPGA片内存储器、焊缝Z方向位置检测模块等。设计了一种基于流水线的中位置平均滤波器，该滤波器具有高效率和省资源的优点。设计了基于FPGA的梯形加减速控制模块和PID控制模块，并进行了仿真。爬行式焊接机器人焊缝跟踪试验结果表明跟踪精度与焊缝位置检测精度、焊缝偏差率（即焊缝偏差角正切值与焊接速度之积）有关，试验中焊接跟踪偏差小于0.9mm，可满足实际应用的需求。关键词：爬行式焊接机器人；焊缝位置检测；视觉传感；FPGA；运动控制I

7、AbstractShipclosureweldingisanimportantprocessinshipmanufacturingengineering,whichhasdirecteffectonthequalityandefficiencyofshipbuilding.Duetothelargesizeofthehullclosureseamandthecomplexweldingenvironment,manualweldingisstillutilizedcurrently.Manualweldingexistsman