移動(dòng)焊接機(jī)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(guó)制造2025》的頒布，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)朝著自動(dòng)化，智能化、信息化方向發(fā)展已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。焊接機(jī)器人融合了識(shí)別、焊接、控制等眾多技術(shù)，反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家的科技水平。
　　本文以移動(dòng)焊接機(jī)器人為研究對(duì)象，主要研究了焊縫識(shí)別算法、移動(dòng)焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型、軌跡規(guī)劃和跟蹤控制的方法。
　　1焊縫識(shí)別算法采用中值濾波和均值濾波算法對(duì)焊縫及周邊的圖像進(jìn)行處理，削弱干擾，并采用Sobel邊緣檢測(cè)算法提取焊縫

2、的邊緣曲線，從而達(dá)到焊縫識(shí)別的目的。
　　2運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型首先分析了移動(dòng)平臺(tái)的非完整性，并采用奇次變換的方法建立移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模型。然后采用Denavit-Hartenberg建模方法建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。然后結(jié)合移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)模型建立了焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，最后采用拉格朗日力學(xué)法建立了移動(dòng)焊接機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程。
　　3軌跡規(guī)劃首先假設(shè)移動(dòng)平臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)，研究了機(jī)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(duì)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)軌跡進(jìn)行優(yōu)化，并通過仿真驗(yàn)證了算法的有效性。然后針對(duì)大曲度焊縫，研究了移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的同步規(guī)劃問題。針對(duì)同步規(guī)劃問題，首先研究了機(jī)械臂末端位置點(diǎn)到點(diǎn)的規(guī)劃問題，通過分析機(jī)械臂末端點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)總結(jié)出規(guī)劃任務(wù)的實(shí)質(zhì)是選擇移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(duì)移動(dòng)平臺(tái)輪子和機(jī)械臂的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了規(guī)劃，仿真結(jié)果顯示機(jī)械臂的末端較好的跟蹤離散化后焊縫軌跡上的點(diǎn)。然后研究了機(jī)械臂末端

4、的速度規(guī)劃問題，采用遺傳算法規(guī)劃移動(dòng)平臺(tái)左右輪的角速度和機(jī)械臂的關(guān)節(jié)速度曲線，使得機(jī)械臂的末端速度方向與焊縫的切線方向保持一致，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端跟蹤焊縫軌跡。通過仿真驗(yàn)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(dòng)焊接機(jī)器人控制器研究首先設(shè)計(jì)了移動(dòng)焊接機(jī)器人的線性滑模切換面。然后在移動(dòng)焊接機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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