移动焊接机器人滑模控制研究

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1、机械设计与制造第8期162MachineryDesign&Manufacture2010年8月文苹编号：1001～3997(2010)08-0162-02移动焊接机器人滑模控制研究术王武赵正印葛瑜(许昌学院电气信息工程学院，许昌461000)StudyonslidingmodecontroIformobileweldingrobotsWANGWu，ZHAOZheng—yin，GEYu(Electro-informationEngineeringCollege，XuchangUniversity，Xuchang461000，China)_，。’◆。。◆◆。。◆。

2、。。’’’。。。。。。。。。。。’。。’。◆。◆。+’、；【摘要】分析了移动焊接机器人的运动学模型，给出了切换函数和滑模控制器的实现过程，利用李i?亚普诺夫函数论证了系统的稳定性。软件仿真结果表明，针对焊接机器人这类高度非线性和不确定性系?j统，设计的滑模控制器能达到较好的控制品质且有效的减少了系统抖振问题。i：关键词：滑模控制；移动焊接机器人；抖振；仿真!：【Abstract】Thekinematicsmodelsofmobileweldingrobotwasanalyzedandthentheswitching：!functionandslidingmod

3、econtrolarerealized，ByLyapnouvtheorythestabilityWaSproved．Thesimul~ion}；showstheslidingmodecontrollerwithgoodcontrolperformanceandchatteringreductionforuncertain；jnonlinearsystem．；lKeywords：Slidingmodecontrol；Mobileweldingrobots；Chattering；Simulation中图分类号：TH16，TP273文献标识码：A1引言回穿越，从而产

4、生颤动，尤其应用于高速强耦合的运动系统，这种抖振现象难以降低和消除，为此笔者利用等速趋近率进行滑模控近年来，移动机器人由于其运动的灵活性和柔韧性，在L业制器设计以降低抖振，根据李亚普诺夫函数进行系统稳定性分生产、地质勘探等领域的应用需求越来越广泛，焊接机器人是在析，通过仿真研究了系统的控制品质_引。工业机器人的基础上发展起来的先进焊接设备，由机器人本体、机器人控制器及相应的焊接电源、送丝机构、冷却系统和预热装2移动焊接机器人运动学模型置等组成。其主要优点在于眭能稳定、能够改善]人劳动条件，焊移动焊接机器人系统有机器人本体系统和十字滑块组成，包接机器人的采用可以

5、消除人为因素对产品质量的影响，提高焊接含小车车体、控制系统、信号采集及检测、系统电源、弧焊电源、送质量和生产率『1]。焊接机器人突破了焊接刚性自动化的传统生产丝机和保护气体等的复杂系统。论文主要研究基于轮式移动的焊方式，开拓了一种柔性自动化生产方式，使小批量产品自动化焊接机器人的动力学模型，机器人以两个较大的后轮为驱动轮，两接生产成为可能。当前，开发适合于特殊非结构化．r作环境的移个较小的后轮为从动轮，通过电机进行驱动，根据电机转速不同动焊接机器人已逐渐成为机器人工业应用研究的一个重要发展实现差动转弯。移动机器人位姿误差坐标，如图1所示。方向。由于移动焊接机器

6、人驱动系统受电机特性差异、路面粗糙度等诸多因素的影响、在焊接过程中，工件有加_[误差、热变形、定f位误差等各种影响因素，整个系统表现为高度的非线性和不确定／，性，难以用精确的数学模型来描述，采用传统控制方法难以达到／、、好的控制效果。目前应用到移动机器人上的智能控制器大多数0要求丰富的人工经验确定控制规则，并且在设计完成后仍然存在M：系统对外界条件变化的自适应和自优化问题。由于焊接过程的复zz，x杂性和不确定性，以及轮式移动机器人本身所具有的非完整约束图1机器人位置误差坐标图性，使得经典控制理论难以用于轮式移动焊接机器人焊缝跟踪控移动机器人的状态有两个驱动轮的

7、轴中点M在坐标系X—Y制。滑模变结构控制理论日益受到重视和广泛应用，这丰要由于的位置及航向来表示，令p=(Y)，g=(口T滑模动态可以自行设计，与对象参数及扰动无关，就使得这种控式中：i(xY)一移动机器人的位置；0一移动机器人前进方向与制方法具有响应速度快、对参数变化和扰动不灵敏、实现简单等轴的夹角；和一移动机器人的线速度和角速度，可以通优点，但这种控制方法也有其自身的不足，就是当系统状态到达过信号采集及检测电路实时监测，作为控制输人。滑模面后，难于严格地沿滑面向着平衡点滑动，而在滑而两侧来移动机器人的运动学方程为：★来稿日期：2009—10—09-k基金项

8、目：河南省教育厅自然科学研究资助项目(