移動焊接機器人的軌跡規(guī)劃與跟蹤控制.pdf

1、隨著工業(yè)4.0的提出和《中國制造2025》的頒布，我國工業(yè)生產(chǎn)朝著自動化，智能化、信息化方向發(fā)展已經(jīng)成為必然的趨勢。焊接機器人融合了識別、焊接、控制等眾多技術(shù)，反應了一個國家的科技水平。
　　本文以移動焊接機器人為研究對象，主要研究了焊縫識別算法、移動焊接機器人運動學與動力學模型、軌跡規(guī)劃和跟蹤控制的方法。
　　1焊縫識別算法采用中值濾波和均值濾波算法對焊縫及周邊的圖像進行處理，削弱干擾，并采用Sobel邊緣檢測算法提取焊縫

2、的邊緣曲線，從而達到焊縫識別的目的。
　　2運動學與動力學模型首先分析了移動平臺的非完整性，并采用奇次變換的方法建立移動平臺的運動模型。然后采用Denavit-Hartenberg建模方法建立了機械臂的運動學模型。然后結(jié)合移動平臺和機械臂的運動模型建立了焊接機器人的運動學模型，最后采用拉格朗日力學法建立了移動焊接機器人的動力學方程。
　　3軌跡規(guī)劃首先假設(shè)移動平臺做直線運動，研究了機械臂的軌跡規(guī)劃問題。采用梯度下降法與二分法

3、結(jié)合的算法對機械臂的關(guān)節(jié)軌跡進行優(yōu)化，并通過仿真驗證了算法的有效性。然后針對大曲度焊縫，研究了移動平臺和機械臂的同步規(guī)劃問題。針對同步規(guī)劃問題，首先研究了機械臂末端位置點到點的規(guī)劃問題，通過分析機械臂末端點到點的運動特點總結(jié)出規(guī)劃任務的實質(zhì)是選擇移動平臺運動所圍繞圓心的位置，并采用基于梯度下降法與二分法結(jié)合的優(yōu)化算法對移動平臺輪子和機械臂的關(guān)節(jié)運動進行了規(guī)劃，仿真結(jié)果顯示機械臂的末端較好的跟蹤離散化后焊縫軌跡上的點。然后研究了機械臂末端

4、的速度規(guī)劃問題，采用遺傳算法規(guī)劃移動平臺左右輪的角速度和機械臂的關(guān)節(jié)速度曲線，使得機械臂的末端速度方向與焊縫的切線方向保持一致，從而實現(xiàn)機械臂末端跟蹤焊縫軌跡。通過仿真驗證規(guī)劃方法的有效性。
　　4基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的移動焊接機器人控制器研究首先設(shè)計了移動焊接機器人的線性滑模切換面。然后在移動焊接機器人的動力學方程的基礎(chǔ)上設(shè)計了基于指數(shù)趨近律的控制律，并采用飽和函數(shù)削弱滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振。最后采用S函數(shù)在Simulink中搭建了