(完整版)焊接机器人毕业设计
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点焊机器人控制系统毕业设计一、选题背景及意义随着现代制造业的快速发展,自动化生产已经成为了制造业的主流趋势。
而点焊机器人作为其中的重要设备之一,在汽车、家电等行业中得到了广泛应用。
点焊机器人可以提高生产效率,降低生产成本,保证产品质量,减少人力资源浪费等方面具有重要意义。
因此,设计一套点焊机器人控制系统是非常有必要的。
该系统可以实现对点焊机器人的精准控制,提高其工作效率和稳定性,同时也可以提高操作安全性和减少操作难度。
二、设计目标本设计旨在设计一套全自动化的点焊机器人控制系统,实现以下目标:1. 实现对点焊机器人的精准控制,并能够自动完成多种复杂任务。
2. 提高点焊机器人的工作效率和稳定性,并保证产品质量。
3. 提高操作安全性和减少操作难度。
三、设计方案1. 系统框架本系统采用分布式控制结构,包括上位机、下位机和PLC三个部分。
其中上位机主要负责图形界面的显示和操作,下位机主要负责点焊机器人的运动控制,PLC主要负责点焊机器人的输入输出控制。
2. 硬件设计本系统采用单片机作为下位机控制芯片,并配合步进电机和直流电机实现点焊机器人的运动控制。
同时,为了保证系统的稳定性和可靠性,还需要加入各种传感器、电源、开关等辅助设备。
3. 软件设计本系统采用Visual Studio作为上位机软件开发工具,使用C#语言编写程序。
下位机采用Keil C51进行编程。
PLC则采用三菱公司的GX Works 2进行编程。
4. 功能设计本系统具有以下功能:(1)图形化界面:通过上位机可以实现对点焊任务的设置、调试和监控等操作。
(2)自动化控制:通过上位机设置任务参数后,下位机可以自动完成点焊任务。
(3)故障检测:系统具有故障检测功能,在发生故障时能够及时报警并停止运行。
(4)数据存储:系统可以将每次点焊任务的数据进行记录,并保存到数据库中。
四、总结本设计提出了一套全自动化的点焊机器人控制系统,实现了对点焊机器人的精准控制,提高了其工作效率和稳定性,并保证了产品质量。
焊接机器人毕业设计.doc焊接机器人的毕业设计焊接机器人的毕业设计是研究焊接机器人的机构结构、控制方式、实现机构和智能控制系统,以及进行焊接功能的实现,最终达到产品的性能和功能指标。
焊接机器人的主要结构包括机器人本体、焊接驱动机构、焊接控制机构、焊接功率机构、焊接探头等。
其中机器人本体由关节、机械结构以及用于关节激活的驱动装置组成,一般采用六维机械机构,由六个球拍轴组成,具有高精度、高速度和大负载量的特点。
焊接驱动机构由电机、减速机以及传动部件组成,主要作用是将焊接机器人关节的控制信号转换成机械运动。
焊接控制机构以及焊接功率机构由电源、变压器、调速器、油门调节器等组件共同构成,实现对焊接电源的控制和调节,以确保焊接的质量。
焊接探头负责将焊接电源与工件接触,其可以有自动换枪装置进行更换,以满足能焊接不同材料和不同部位的需求。
焊接机器人的控制方法主要采用传统的离散结构控制、模糊控制、模型预测控制等系统方法。
传统的离散结构控制是将控制任务分解为几个独立的控制单元,主要由运动控制器、支撑控制器、护盾控制器等组件构成,通过联合每个控制器完成整个控制任务。
模糊控制是采用模糊逻辑原理,根据实际情况,对焊接机器人的运动、位置,进行智能化控制。
模型预测控制是将焊接机器人复杂的焊接模型分解成若干个子模型,使用一定的算法对其进行建模,然后根据焊接机器人的输出信号,生成合适的控制信号,用以调整焊接机器人的动作。
独有的智能控制系统能够实时跟踪焊接机器人的运行状态,进行实时诊断和调节,以保证焊接机器人的运行质量,减少不正常状况引发的焊接痕迹。
在实际的工作过程中,根据任务的要求,可以进行容错处理,考虑到焊接参数的变化,根据实际要求及时调整焊接参数,保证焊接质量。
焊接机械手毕业设计【篇一:自动焊接机械手设计(毕业设计)】自动焊接机械手设计1 绪论1.1 技术概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。
机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力,从某种意义上说它也是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
1.2 现状及国内外发展趋势国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。
(2)机械结构向模块化、可重构化发展。
例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
word摘要机器人是一种集机械、电子、传感技术、控制技术等多种现代技术于一体的机电一体化产品。
进入80年代,随着自动化生产流水线以与柔性生产系统〔FMS〕和柔性自动化〔FA〕在工业生产中的大量应用,机器人发挥着越来越重要的作用。
机器人的特点是能在自动控制下通过编程完成目标操作或移动作业;机器人的构造和性能表现了人和机器各自的优点,特别是表现了人的智能和适应性以与机器的作业准确性和在各种环境中完成作业的能力。
综观机器人开展的历史和高新技术的开展趋势,可以断言,机器人必将成为现代化工业开展中不可缺少的必备工具。
本文设计了一种关节式机器人,具有六个自由度,其中手腕关节具有三个自由度,其它的关节各具有一个自由度,各个关节采用电机驱动。
本设计主要介绍关于机器人的一些根本常识和原理,包括机器人的组成、分类和主要技术性能参数并参考通用型机器人的结构,进展六自由度弧焊机器人的结构设计和其计算机控制系统的设计。
本设计从实际情况出发,对机器人的机构可行方案进展了充分论证,用Pro/Engineer 和AutoCAD 等软件设计出了机器人本体结构。
关键词: 六自由度;弧焊机器人;控制系统ABSTRACTThe robot is the mechanical-electrical production which is posed of the technique of mechanical、electrical、sensor、control. ing the 80 age, with the application of the automatic manufacture pipelining、flexible manufacture system and flexible automation, the robot will exert the profound influence on this. A characteristic of the robot is its ability to plete object manipulation or moving task through programming under the auto-control. The constitution and performance of the robot embody each quality of the man and r obot, especially the man’s intelligence and applicability as well as the veracity of the robot’s task and the ability of pleting task under each environment.A joint type robot was designed in this paper.It hadsix degrees of freedom.The wrist had three degrees of freedom and the other joints had three degrees of freedom.The painting robot’s joints were driven by motors.This scheme introduced some basic information and theory of the robots. It is included that the position of the robot, the group of the robot, and the main capability of technology. It consulted the structure of the mon robot to design the structure and puter control system of six degrees of freedom robot.After demonstrating the feasibility of robot mechanics, the article have designed the ro bot’s entity structure with Pro/engineer and AutoCAD and otherwise software from the matter of fact.KEYWORDS:Six degrees of freedom;Arc welding robot;Control system目录摘要错误!未定义书签。
1前言1.1设计背景与意义1.1.1 焊接机器人概述焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。
工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机,具有三个或更多可编程的轴,用于工业自动化领域。
为了适应不同的用途,工业机器人最后一个轴的机械接口,通常是一个连接法兰,可接装不同工具或称末端执行器。
焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊(割)枪的,使之能进行焊接,切割或热喷涂。
自从世界上第一台工业机器人UNIMATE于1959年在美国诞生以来,机器人的应用和技术发展经历了三个阶段:示教再现型机器人、具有感知能力的机器人、智能型机器人。
1.1.2 焊接机器人国内外研究现状(1)国外研究现状自从世界上第一台工业机器人UNIMATE于1959年在美国诞生以来,机器人在工业发达国家得到了迅速发展。
其中日本具有机器人王国之称,此外,世界上还有许多工业发达国家,如美国、前苏联等一些国家的机器人产业也发展得很快。
在亚洲,韩国的机器人产业发展也很迅速,现排名世界前列。
现在国外的机器人各个方面的技术发展现状为,在机械结构上以发展关节型机器人为主流,在控制系统方面主要是发展基于PC的开放结构的控制系统,在驱动技术方面主要是发展 AC伺服驱动技术,此外智能化传感器技术的机器人数量呈上升趋势。
焊接机器人技术正朝着高速、高精度、多功能化方向发展。
(2)国内研究现状我国的工业机器人技术经过三十多年的发展,现在已掌握了机器人的设计制造技术、控制系统的硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,开发出了弧焊、点焊、装配等机器人;现阶段我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等主要行业。
其中弧焊机器人已广泛应用于各大汽车制造厂的自动焊装线上。
但从总体上来看,我国的工业机器人技术及其工程上的应用水平和国外相比起来还有一定的差距。
现阶段我国工业机器人技术主题发展战略目标是:根据2l世纪初,我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高新技术发展方向,创新性地进行研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、关键技术,产品技术和系统技术。
一种焊接机器人毕业设计标题:基于六轴焊接机器人的自动焊接系统设计与实现一、引言焊接机器人是当前工业自动化领域的重要设备之一,它具备高效、精确的特性,广泛应用于金属加工、汽车制造、航空航天等领域。
本设计旨在基于六轴焊接机器人实现一种自动焊接系统,提高焊接质量和生产效率。
本文将从系统需求分析、机器人选型、系统设计、控制策略和实验验证等方面进行阐述。
二、系统需求分析1.硬件需求系统应选用能够满足焊接需求的六轴焊接机器人。
同时,还需要焊接头部、摇臂、控制系统和传感器等硬件设备。
2.软件需求系统设计应具备焊接路径规划和控制算法、运动方案生成和优化算法、实时监控与调整算法等功能。
3.功能需求系统应具备焊点检测、焊缝跟踪、焊接参数调整等功能,适应不同焊接需求。
三、机器人选型在六轴焊接机器人中,应首选与焊接操作相匹配的工作负载能力和尺寸。
同时,需考虑机器人的控制精度和可编程性,以达到对焊接路径的精确控制和实现不同焊接需求的灵活性。
四、系统设计1.焊接路径规划根据焊接物体的三维模型,将焊点转化为坐标系上的位置,确定焊缝的路径。
采用快速逼近算法生成规划路径,并实现对路径的优化。
2.控制策略设计并实现适应给定焊接路径的控制策略,包括PID控制、反馈控制和前馈控制等。
通过调整焊接参数,提高焊接质量。
3.传感器集成通过集成视觉传感器,实现焊点检测和焊缝跟踪,并利用传感器数据对焊接路径进行调整,维持焊接的准确性。
五、实验验证在实验中,通过焊接机器人完成一系列焊接任务,并对焊接质量进行评估。
通过实时监控焊接过程中的参数和数据,验证系统的性能和可靠性。
六、结论本设计基于六轴焊接机器人,通过软硬件设备的配合,实现了一种自动焊接系统。
该系统具备焊接路径规划、控制策略设计、传感器集成等功能,并通过实验验证了系统的可行性。
未来可以在该系统的基础上进一步优化焊接路径规划算法和控制策略,提高系统的自动化水平和焊接质量。
焊接机器人毕业设计说明书一、引言二、设计目标本设计的主要目标是设计并实现一台能够完成焊接任务的机器人,具有以下特点:1.理论基础:基于焊接工艺学与自动化技术的基础,完成焊接机器人的设计。
2.结构合理:设计机器人的结构,使其能够适应不同的焊接作业,提高工作稳定性和精度。
3.控制系统完善:设计并实现相应的控制系统,使机器人能够精确地执行预定的焊接路径和动作。
4.安全可靠:考虑到焊接环境的特殊性,确保机器人在工作过程中满足相关的安全要求和标准。
三、设计思路1.结构设计:根据焊接任务的要求,设计机器人的结构,包括机械臂、焊枪、运动轨迹、夹具等,确保机器人能够完成焊接作业。
2.控制系统设计:设计机器人的控制系统,包括运动控制、焊接参数控制和人机界面等,使机器人能够精确、可靠地执行焊接任务。
3.安全设计:考虑机器人在焊接作业中的安全性,设计相应的安全装置和措施,预防事故发生。
4.自动化设计:设计机器人的自动化功能,如自动识别焊接位置、调整焊接参数等,提高焊接效率和质量。
四、设计步骤1.研究焊接工艺学和自动化技术的基本原理,了解焊接机器人的相关知识。
2.设计机器人的结构,确定机械臂的数量和长度、焊接枪的种类和参数等。
3.设计机器人的运动控制系统,包括电机驱动、传感器安装和运动轨迹规划等。
4.设计机器人的焊接参数控制系统,包括控制电路、控制算法和参数设置等。
5.设计机器人的人机界面,包括显示屏、按键和通信接口等。
6.设计机器人的安全系统,包括安全装置、急停开关和安全间隔等。
7.测试机器人的性能,包括焊接精度、稳定性和可靠性等。
8.完善机器人设计,解决存在的问题,并进行优化和改进。
五、预期成果1.完成一台能够实现焊接任务的机器人。
2.设计说明书、设计图纸和工作原理图。
3.相关测试数据和性能评估报告。
六、时间计划完成本设计需要大约12个月的时间,按下面的计划进行:1.理论学习和调研:2个月2.结构设计与优化:3个月3.控制系统设计与实现:3个月4.安全系统设计与测试:2个月5.性能测试与优化:2个月七、结论本设计说明书介绍了焊接机器人的设计目标、思路、步骤和预期成果。
焊接机器人总体设计此次设计的目的是设计一台焊接机器人,本文主要对焊接机器人的机械结构系统部分进行研究、设计和分析。
1 焊接机器人总体设计的思路设计机器人大体上可分为两个阶段:(1)系统分析阶段1)根据焊接机器人系统索要实现的目标,明确所采用机器人的目的和任务;2)分析机器人所在系统的工作环境;3) 根据焊接机器人的工作要求和工作环境,基本上确定机器人的功能和方案。
例如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、承受力矩、动作精度的要求、容许的运动范围、静动载荷以及对温度、震动等环境的适应性。
(2)技术设计阶段1)根据系统的要求来确定机器人的自由度和允许的空间工作范围,选择机器人的坐标形式和工作方式;2)拟订机器人的运动路线和空间作业图;3)确定驱动系统的类型;4)选择各部件的具体结构以及尺寸,进行机器人总装图的设计与装配;5)绘制机器人的零件图,并确定尺寸。
2 焊接机器人自由度和坐标系的选择机器人的运动自由度是指各机器人系统运动部件在三维空间就是固定坐标系所具有的独立运动数,对于每一个构件来讲,它有几个运动坐标就说明其有几个自由度。
各运动部件和机构自由度的总和就是机器人的自由度数。
机器人的手部要像人手一样灵活的完成各种动作是比较困难的,因为人的手是由手指、掌、腕、臂等19个关节组成,共有27个自由度。
而生产实践过程中没有必要需要机器人的手有这么多的自由度一般为3-6个(不包括手部)此次设计的焊接机器人为4自由度,四个自由度分别为:腕部的回转;小臂部分的伸缩;大臂部分的回转;大臂部分的伸缩。
按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况,其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。
由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动,因此,采用圆柱座标式。
相应的机械手具有三个自由度,为了弥补升降运动行程较小的缺点,增加手臂摆动机构,从而增加一个手臂上下摆、动的自由度。
工业实践机器人的结构形式主要有直角坐标型结构、圆柱坐标型结构、球坐标型结构、关节型结构四种。
机械设计毕业设计机械设计毕业设计报告设计名称:基于可变密度等离子焊接机器人设计目的:针对零部件焊接过程中的问题,设计一种可变密度等离子焊接机器人,提高焊接质量和效率。
设计原理:1. 选取合适的等离子焊接工艺参数,包括等离子焊接熔化电流和速度等。
2. 设计机器人控制系统,包括焊接路径的规划和控制,以及感知焊接质量和调整焊接参数。
3. 基于机器人视觉系统,实时监测焊缝的形态和质量,并根据监测结果调整焊接参数。
4. 设计可变密度的焊接头,能根据焊接速度和焊缝形态自动调整焊接弧长和焊接速度。
设计内容:1. 设计焊接机器人的机械结构,包括焊接臂和焊接头。
2. 设计焊接机器人的控制系统,包括运动控制和焊接参数调整。
3. 设计焊接机器人的视觉系统,包括焊接路径规划和质量监测。
4. 制作焊接机器人的实物样机。
设计优势:1. 通过可变密度的焊接头,可以根据焊接速度和焊缝形态自动调整焊接参数,提高焊接质量和效率。
2. 利用视觉系统实时监测焊缝的形态和质量,能够及时调整焊接参数,确保焊接质量。
3. 机械结构设计合理,使得焊接机器人具有较高的稳定性和精度,确保焊接过程的稳定性和一致性。
设计步骤:1. 确定焊接工艺参数,包括熔化电流和速度。
2. 设计焊接机器人的机械结构,包括焊接臂和焊接头。
3. 设计焊接机器人的控制系统,包括运动控制和焊接参数调整。
4. 设计焊接机器人的视觉系统,包括焊接路径规划和质量监测。
5. 制作焊接机器人的实物样机,进行实验验证。
设计预期结果:1. 焊接质量得到显著提高,焊接接头的强度和密封性增加。
2. 焊接效率提高,焊接速度和效率得到提高。
3. 机器人操作更加自动化和智能化,减少人工干预和操作难度。
总结:本设计基于可变密度等离子焊接机器人,通过合理设计等离子焊接工艺参数、机器人控制系统和视觉系统,提高了焊接质量和效率。
通过在实验中进行验证,可以进一步完善这一机器人的设计,并推广应用于工业生产中,提高生产效率和产品质量。
VI1.1论文的选题意义第1章绪论自动化的焊接机器人能提供稳定地焊接质量,减轻人的劳动强度,提高工作效率,降低生产成本,在工业领域得到了广泛的应用。
但应用于工业生产中的焊接机器人大多是固定的,主要通过机械臂的活动来工作,又由于空间的限制使得机器人的工作范围、工作对象大大受到限制。
在大型工件,如:石化工业中的大型储油罐、球罐、管道的焊接,多在现场作业,焊接位置手工作业难以达到,恶劣的工作环境不仅增大了工人的劳动强度,而且影响焊接质量.工程应用中亟待开发出能够取代工人手工操作的低成本自动化的焊接设备,以减少生产过程中人为因素的影响,提高焊接质量,这些情况都对移动焊接机器人的研究和应用提出了迫切的要求。
现在,国外在这方面的技术基本成熟,但国内各单位对这些技术的了解有相当部分还停留在文献上或局部上。
所以应该从基本做起,开展一些基础技术研究作为机器人课题的主要研究与开发内容之一。
1.2焊接机器人的发展历程自从世界上第一台工业机器人UMMATE于1959年在美国诞生以来,机器人的应用和技术发展经历了三个阶段:第一代是示教再现型机器人.这类机器人操作简单,不具备外界信息的反馈能力,难以适应工作环境的变化,在现代化工业生产中的应用受到很大限制。
第二代是具有感知能力的机器人.这类机器人对外界环境有一定的感知能力,具备如听觉、视觉、触觉等功能,工作时借助传感器获得的信息,灵活调整工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作.第三代是智能型机器人。
这类机器人不但具有感觉能力,而且具有独立判断、行动、记忆、推理和决策的能力,能适应外部对象、环境协调地工作,能完成更加复杂的动作,还具备故障自我诊断及修复能力.焊接机器人就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。
早期的焊接机器人缺乏“柔性",焊接路径和焊接参数须根据实际作业条件预先设置,工作时存在明显的缺点。
随着计算机控制技术、人工智能技术以及网络控制技术的发展,焊接机器人也由单一的单机示教再现型向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元(系统)方向发展¨。
63.换页移动焊接机器人系统研究1.3焊接机器人国内外应用现状焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点,广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。
据不完全统计,全世界在役的工业机器人中大约有一半用于各种形式的焊接加工领域。
截止2005年,全世界在役工业机器人约为91.4万台,其中日本装备的工业机器人总量达到了50万台以上,成为“机器人王国”,其次是美国和德国:在亚洲,日本、韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量居世界前三位。
近几年,全球机器人的数量在迅速增加,仅2005年就达12.1万台。
我国自上世纪70年代末开始进行工业机器人的研究,经过二十多年的发展,在技术和应用方面均取得了长足的发展,对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。
据不完全统计,近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头,平均年增长率都超过40%,焊接机器人的增长率超过了60%;2004年国产工业机器人数量突破l400台, 进口机器人数量超过9000台,其中绝大多数应用于焊接领域:2005年我国新增机器人数量超过了5000台,但仅占亚洲新增数量的6%,远小于韩国所占的15%,更远小于日本所占的69%"¨钔。
这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的,这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高,另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉,制造业自动化水平以及工业机器人应用程度的提高受到限制。
当前,焊接机器人的应用迎来了难得的发展机遇。
一方面,随着技术的发展,焊接机器人的价格不断下降,性能不断提升;另一方面,劳动力成本不断上升,我国由制造大国向制造强国迈进,需要提升加工手段,提高产品质量和增强企业竞争力,这一切预示着机器人应用及发展前景空间巨大呻1。
1.4移动焊接机器人的关键技术为了适应野外自动化作业的需要,要求移动焊接机器人能够在平面、球面或是弧面上,都能有较大的动作范围,或者说只受电缆限制不受机构限制;在全位置焊接时,还要求能够吸附在工件上爬行.研究这样的智能系统,必须解决以下几个方面的问题:机构方面,必须具有最为合理的自由度配置形式,同时要尽量使机构轻便、运动灵活;自动跟踪传感与闭环控制方面,研究最佳的信息传感方式,使系统具有最强的实时性;控制器方面,研究最合理有效的协调各自由度运动控制的原理与方法。
所以,移动焊接机器人的关键技术是传感技术、行走机构、控制技术、磁吸附技术及控制器架构等.2换页硕十学何论文1.4.1信息传感技术在焊缝跟踪系统中,传感器是关键,它决定着整个系统对焊缝的跟踪精度n叫n¨.在焊接过程中,传感器必须精确检测焊缝(坡口)的位置及形状,在电弧焊接过程中,存在强烈的弧光、烟尘、飞溅、高温辐射及强烈的电磁场干扰等。
因此,用于电弧焊接的传感器必须具有很强的抗干扰能力。
目前在移动焊接机器人上采用的传感器主要是电弧传感器、机械传感器及视觉传感器等.电弧传感器是从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号,不需要在焊枪上附加任何装置,因此其实时性好,可达性及焊枪运动的灵活性都非常好,尤其符合焊接过程低成本自动化的要求。
它是利用电弧自身电参数的动静态变化作为特征信号,通过一定的控制策略实现高低及水平两个方向的跟踪控制。
但它主要适用于具有对称形状的坡口焊缝跟踪,并且对定位焊点等特殊情况难于识别.典型的机械接触式传感器是依靠导轮或者导杆在焊炬前方检测焊缝位置,通过焊缝形状对导杆或者导轮的强制力来导向,将焊缝偏差信息反映到检测器内,从而实现焊缝跟踪。
接触传感器结构简单,操作方便,价格便宜且不受电弧烟尘及飞溅等干扰,但由于它信息量少,在移动焊接机器人中,主要是与其它传感器配合来完成焊缝跟踪任务,一般不独立使用。
采用视觉传感器是焊缝跟踪传感器发展的必然趋势.面阵CCD成像提供的信息量丰富,适应能力强,通过计算机处理,可以充分发挥它的智能,但造价昂贵,信息处理时间长,实时性差,其应用受到一定的限制。
线阵CCD传感器虽然只能获得一维图象,所提供的信息量少,但这些信息都十分关键,能满足智能控制的需要.此外,其价格相对低廉,信号处理过程简单,响应速度快,实时性强,更宜于在生产中推广应用。
面基于三角测量法原理的激光视觉扫描传感器,通过实时扫描焊接坡口横截面,不但可以获得焊炬与坡口之间的二维偏差信息,还可以检测坡口的形状,因此它既可以用于焊缝的二维跟踪,又可以用于焊接参数的控制。
多传感器信息融合技术.移动焊接机器人与一般的焊缝跟踪系统不同,它现场作业时,空间约束小,自由度大,在焊接过程中具有一定的自主性。
现代焊接技术的发展,使焊接系统更加趋于网络化、柔性化和集成化.在焊接过程中,不但要求系统能够进行焊缝跟踪,可能还要求进行焊接参数的自动控制,或者需要在非常复杂的焊接空间完成焊接任务。
因此,多传感信息融和技术是移动焊接机器人传感器技术发展的必然趋势.1.4.2行走机构移动机器人的行走机构一般有履带式、轮式、步行式和爬行式等n01,目前移动焊接机器人的行走机构主要是履带式和轮式两类。
履带式移动机器人优点是着地面积大,壁面适应能力强,通过电磁铁吸附控制吸附壁面力的大小,缺点是结构复杂,转向性差,所以这种结构适用于壁面、球面、管道等曲面上的爬行焊接.换页移动焊接机器人系统研究轮式移动机器人优点是移动速度快,转向性好,但着地面积小,壁面适应性差,所以这种结构适应平面横向大范围变化焊缝的焊接和坡度不是很大的斜面爬坡焊接,由于这种移动机器人结构相对简单,所以目前在焊接及其它行业中用得都比较多。
1.4.3智能控制技术移动焊接机器人是一个具有空间多自由度的智能焊缝跟踪系统,它本身具有一定的自主性、对外的感知能力和局部的对跟踪路径的自主规划能力等。
在焊缝跟踪的过程中,不但要实时调整焊炬与焊缝之间的偏差,还需要实时调整机器人本体在焊接空间的位姿。
显然,要用精确的数学模型来描述这样复杂的系统是比较困难的,这种情况下,经典控制理论就难以获得满意的效果,采用先进的信息传感技术并在跟踪系统中引入模糊控制、神经网络等智能控制技术就是一个必然趋势.1.4.4控制器架构采用何种控制器架构,与传感器的选择、处理信息量的大小和系统的复杂程度等有关。
综合国内外的研究来看,目前主要有以下几种控制器架构:(1)PC机+运动控制器架构:这是基于Windows的移动焊缝跟踪系统,这种架构一般是采用了摄像式视觉传感器,需要处理的信息量大,如CCD结构光式传感器来获取焊缝偏差信息。
传感器将采集到的电弧区图象信息送到工控机,工控机对图象信息进行处理后,获得焊缝偏差量,将这个偏差量送到专门的运动控制器,从而调节焊炬或者机器人本体的位姿。
这种架构的优点是对信息的处理能力极强,操作直观,不但可以进行焊缝跟踪,同时还可以对焊接参数进行自动控制,也可以方便地与焊接周边设备进行柔性化集成.缺点是控制系统庞大,移动不方便。
对有些野外作业场合不太合适。
(2)PLC+MCU架构:PLC(可编程控制器)编程简单、稳定、可靠、抗干扰能力强,而MCU(微控制器)剥信号的处理能力强。
将二者结合起求.可以充分发挥二者的优势现在很多PLC可编程控制器都内嵌MCU,所以以此为核心构建的控制系统。
体积小,功能强,比较适合移动焊接机器人这种场合。
(3)DSP+FPGA+MCU架构:DSP(数字信号处理器)和FPGA可编程逻辑阵列的出现是现代电于技术发展的一个里程碑。
利用功能强大的DSP怍为整个控制系统的核心,MCU作为专门的运动控制器,而FPGA综合控制系统外围所有的数字逻辑,这样的控制系统结构简洁、体积小巧、移动方便、功能强大。
且利用其CAN总线,很容易与焊接电源、翻转机构等焊接周边外围设备柔性化集成。
这样的控制器体系架构,是移动焊接饥器人比较理想的体系架构。