旋转电弧传感全轮转向移动焊接机器人焊缝跟踪控制仿真研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：学号：４０５９２８９１５０８５南昌大学硕士研究生学位论文旋转电弧传感全轮转向移动焊接机器人焊缝跟踪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培养单位（院、系）：机电工程学院指导教师姓名、职称：毛志伟副教授申请学位的学科门类：工学

2、学科专业名称：机械工程０论文答辩日期：２１８年月日答辩委员会主席：评阅人：２０１８年月日摘要摘要焊接广泛应用于制造行业，焊接环境恶劣，而且有些焊接难度大、危险高，焊接自动化、智能化成为焊接自动化发展的必然趋势，旋转电弧由于其众多优点，成为其中一种主要的焊缝跟踪传感器。本文以四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人为对象，对其虚拟样机进行焊缝跟踪控制仿真研究，以获得适合该机器人控制方法与控制器。进行旋转电弧移动机器人的焊缝跟踪控制，需要建立机器人的仿真模型，为机器人设计控制器，提取准确的

3、焊缝偏差。为了建立电弧长度变化和焊缝偏差之间的关系，通过对于旋转电弧一个周期中弧长变化的分析，在以往的电弧模型的基础上，建立了基于最短距离放电的新的电弧模型，并在仿真中验证公式的正确性，并以此为基础对特征平面法进行研究。建立了虚拟焊缝模型，并按最短放电路径方法，采用MATLAB与ADAMS相结合，在虚拟样机中获得了电弧长度；然后，对单周期电弧长度运用最小二乘法进行平面拟合获得了电弧长度的特征平面，建立了特征平面斜率和偏差之间的对应公式。对旋转电弧移动焊接机器人ADAMS模型进行调试，并验证ADAMS模

4、型的正确性。由于旋转电弧传感器采集信号为离散值，故对仿真时信号进行了离散化处理，然后设计了PID和自适应模糊PID两种控制器，基于虚拟样机，采用联合仿真方法，对典型的直线、折线焊缝进行了控制仿真研究。首先使用离散的PID控制进行控制研究，跟踪焊缝方向和机器人运动平行的直线和起始有偏差的直线，跟踪过程中无需进行位姿调整，最大误差小于±0.02mm，跟踪效果较好。但对复杂轨迹焊缝跟踪，需要再对十字滑台进行自适应模糊PID控制器的设计，并对先直线后斜线，直线圆弧斜线相复合的不同线型的轨迹进行跟踪控制。跟踪过

5、程中最大误差小于0.4mm，实验结果表明自适应模糊PID对于复杂焊缝跟踪控制效果较好。本文对实际旋转电弧焊接机器人控制器的设计提供了经验，降低了成本，加快了本机器人的应用。关键词：旋转电弧传感；移动焊接机器人；电弧长度模型；特征平面法；联合仿真控制；自适应模糊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