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基于旋转电弧的焊缝跟踪移动机器人的研究

肖兵球  
【摘要】: 随着用于焊接的钢材总量逐年上升,作为材料加工主要手段的焊接在工程应用中也越来越广。但由于焊接工作强度大,工作环境恶劣,并且焊接烟尘对人体也有一定的伤害。尤其以独生子女为主的80/90逐渐成为主要工作者后愿意从事焊接工作的工人越来越少,因此,实现焊接自动化显得尤为迫切。本文的主要目的在于研究能长时间稳定自主跟踪长焊缝的焊缝跟踪系统。 本文分析了电弧传感器的工作特点,对电弧传感器难以长时间进行焊接作业的原因进行了分析;并对扫描焊炬进行了热分析,找到了导致电弧传感器信号不稳定的原因。针对上述结果设计了带冷却系统的导电杆模块,解决长时间焊接过程中焊炬温度过高的问题;在此基础上对电弧传感器进行了整体优化设计:将光码盘及其处理电路内置,优化了水、气、电通路,并生产制作了扫描焊炬。采用数学建模的方法对十字滑块作为执行机构的焊缝跟踪系统进行了研究,建立动态电弧的运动模型并进行了Matlab仿真,分析了十字滑块的运动对电弧偏差信号的影响,确定了旋转频率和滑块运动速度的范围,并对焊缝跟踪算法算法进行了改进。提高了局部跟踪精度,提高了抗干扰的能力。 对移动式机器人运动平台进行了运动分析,建立了以偏差角和焊接速度控制小车沿焊缝方向运动的计算公式,并采用PID算法对驱动小车的电机进行控制,对焊接电流进行了建模分析,并得出了极值点反映焊缝偏差角的结论,在此基础上,采用区间积分比较法获得了焊缝偏差角的近似值。 分析了以焊缝偏差角控制机器人移动平台,焊缝偏差量控制十字滑块进行焊缝跟踪的方法,并采用高性能工业芯片简化了焊缝跟踪系统控制电路,实现了焊缝跟踪。


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