基于反演算法的移動焊接機(jī)器人軌跡跟蹤控制仿真.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能化、信息化及其數(shù)字化是焊接過程高度自動化的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)代造船、石油、化工以及航天等工業(yè)的發(fā)展，重要的大型結(jié)構(gòu)件應(yīng)用越來越多，其中有大量的焊接工作是必須在現(xiàn)場完成的，這些大型焊接結(jié)構(gòu)件的焊接，要完全依靠工人手工作業(yè)或者傳統(tǒng)的固定式機(jī)器人已無法滿足要求。所以研究在這種特殊作業(yè)環(huán)境中具有軌跡跟蹤功能的的移動焊接機(jī)器人，有著廣闊的應(yīng)用前景。本課題的目的是實現(xiàn)基于反演算法的格子型構(gòu)件焊縫軌跡的跟蹤控制仿

2、真。首先選取適合格子型構(gòu)件焊縫軌跡跟蹤的最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立移動焊接機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型：采用驅(qū)動輪在中線左右，導(dǎo)向輪在前后放置的結(jié)構(gòu)，同時把十字滑塊安裝在驅(qū)動輪軸線中心，焊炬點處于驅(qū)動輪軸線的延長線上。這樣的結(jié)構(gòu)使得驅(qū)動輪、車體參考點和焊炬點處在同一直線上，位置關(guān)系簡單明確，便于運(yùn)算。然后引入虛擬樣機(jī)技術(shù)，在ADAMS軟件中建立移動焊接機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型，明確機(jī)器人各個構(gòu)件的作用、準(zhǔn)確地定義機(jī)器人各個構(gòu)件之間的關(guān)系；并完全還原模型的結(jié)構(gòu)特

3、點、材質(zhì)因素、相關(guān)力學(xué)性能和仿真運(yùn)行環(huán)境，對模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真。本文為簡化模型，使十字滑架與機(jī)器人車體固定，在此前提下，分別對直線焊縫和曲線焊縫進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真，驗證了模型的正確性。為控制算法的確立奠定了基礎(chǔ)。本文中采用的是反演控制算法，其基本思想是將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)分解成不超過系統(tǒng)階數(shù)的子系統(tǒng)，然后為每個子系統(tǒng)分別設(shè)計Lyapunov函數(shù)和中間虛擬控制量，一直“后退”到整個系統(tǒng)，直到完成整個控制律的設(shè)計。結(jié)合反演控制原理和移動焊接機(jī)器

4、人運(yùn)動學(xué)模型，設(shè)計移動焊接機(jī)器人的反演控制器。最后采用ADAMS和MATLAB的軟件組合，對設(shè)計的輪式機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)合控制仿真。嘗試了一種機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)共用一個模型的仿真方法，將在ADAMS環(huán)境下建立的移動焊接機(jī)器人模型，作為MATLAB的控制系統(tǒng)模型中的對象模型模塊，采用新設(shè)計的移動焊接機(jī)器人的反演控制器，進(jìn)行聯(lián)合仿真。本文分別對直線y=x、曲線x 2 + y2=4502進(jìn)行了運(yùn)動控制仿真，仿真結(jié)果表明，跟蹤軌跡基本收斂于期望軌跡，