焊接机器人技术发展的回顾与展望

焊接机器人技术发展的回顾与展望作者：毛鹏军，黄石生，李阳，薛家祥，王秀媛，陆沛涛作者单位：毛鹏军,黄石生,李阳,薛家祥,王秀媛(华南理工大学)，陆沛涛(广州同诚焊接设备技术有限公司)刊名：焊接英文刊名：PANASONIC年，卷(期)：2001，(8)被引用次数：17次参考文献(22条)1.余达太工业机器人应用工程19992.世界机器人最新统计数据[期刊论文]-机器人技术与应用2000(01)3.王彬中国焊接生产机械化自动化技术发展回顾[期刊论文]-焊接技术2000(03)4.国产机器人走向实用化1999(11)5.陈强.潘际銮.大岛健司焊接过程的模糊控制1995(04)6.张华.陈强.潘际銮基于焊缝CCD图像模式特征的焊缝轨迹识别1996(06)7.何方殿.王克争.苏勇视觉传感器焊接跟踪系统的研究和发展1993(04)8.廖宝剑.吴世德.潘际銮CO2气体保护焊的电弧传感自动跟踪.第八次全国焊接会议论文集19979.蒋鹏飞.John.DWood.用声发射传感器的焊缝跟踪控制研究1994(04)10.黄石生.钱迎雪基于ART人工神经网络的焊缝跟踪检测算法1994(02)11.胡绳荪Fuzzy-P控制超声波传感埋弧焊焊缝的跟踪系统1998(02)12.董德祥.陶伯华双丝窄间隙埋弧焊微机控制系统的研究1994(02)13.林尚杨.陈善本焊接机器人及其应用200014.陈丙森计算机辅助焊接技术199915.黄石生新型弧焊电源及其智能控制200016.JingZhao.JeremySmith.JamesLucas.ChrisBalfourComputervisiontechniquesforrealtimeweldseammonitoring17.薛家祥.曾敏.黄石生弧焊机器人的应用技术[期刊论文]-焊接1999(10)18.YSuga.MNarus.TTkiwaApplicationofneuralnetworktovisualsensingofweldingandautomatictrackinginrobotweldingintheworld199419.SBChen.LWu.QLWangSelf-learningfuzzyneuralnetworksandcomputervisionforcontrolofpulsedGTAW1997(05)20.黄石生.李迪.宋永伦焊接过程的神经网络建模及控制研究1994(03)21.黄石生.贺剑锋.宋永伦钨极氩弧焊焊缝熔宽模糊控制系统设计1996(02)22.薛宏涛.沈林成.常文森方兴未艾的多智能体机器人系统[期刊论文]-机器人技术与应用1999(02)相似文献(10条)1.会议论文高世一.赵明扬.张雷.邹媛媛基于视觉的焊接机器人曲线焊缝跟踪研究2007针对激光焊接机器人对焊缝跟踪的实时性要求高的特点，设计了基于视觉的激光焊接机器人跟踪曲线焊缝系统，并建立了相应的焊缝跟踪视觉模型.通过机器人示教确定曲线焊缝的轨迹，然后机器人沿着轨迹行走，当发现焊缝偏差时，通过视觉伺服控制进行焊缝偏差补偿.保证了焊缝跟踪的实时性，提高了跟踪精度.2.学位论文徐鹏飞水下焊接机器人视觉传感焊缝跟踪方法研究2008随着人们对海洋探索步伐的加快，水下焊接机器人在深海探测和海洋开发中扮演着越来越重要的角色。焊缝跟踪是焊接机器人的一项重要内容。本论文以实现水下焊缝激光传感视觉传感跟踪为目标，建立了一套水下焊缝跟踪系统。该系统以线型激光为主动光源，利用CCD获取焊缝的结构光图像，经过图像采集卡传输至计算机，并根据计算机图像处理后得到焊缝的位置偏差控制焊枪的运动，达到焊缝跟踪的目的。本文针对水下视觉传感系统的成像的环境因素以及水下各种干扰因素对激光图像的影响。在此基础上，研制了适合水下环境的激光焊缝传感器，主要讨论了传感器元器件选择依据，传感器光路、机构、密封设计等。利用所研制的激光视觉传感器获取了大量的水下焊接图像，分析了水下激光焊缝传感图像的特点。为了从这些图像中有效地提取焊缝，比较使用了各种不同的图像处理方法，选取了一组效果较好的图像处理、焊缝信号提取的方法，即：形态学滤波、改进类间方差最大法图像分割、中心取样细化图像、霍夫变换提取焊缝信号。并且为了满足焊接系统实时性的要求，对中心取样和霍夫变换算法加以改进。并使用VC++编写了焊缝图像处理软件，可以准确的取得焊缝的信息。最后，在获取焊缝信号，得出焊缝偏差的基础上，以焊缝的偏差和偏差变化率(即相邻两幅焊接图像获取焊缝位置的差值)为输入，设计了FUZZY-PID控制系统，并针对其不足之处，基于遗传算法离线优化，对模糊控制器的比例因子进行优化，使模糊控制器的输出更为精确，克服了单独模糊控制中模糊规则和隶属度函数难以确定的缺点以及焊接机构运动参数在线测量技术抗于扰能力弱和调节幅度过大、控制不够精确的缺点，取得较好的效果。并使用VC++语言编写了控制算法软件。3.期刊论文王军波.孙振国.陈强.纪萌.蒋力培.焦向东.薛龙.WANGJun-bo.SUNZhen-guo.CHENQiang.JIMeng.JIANGLi-pei.JIAOXiang-dong.XueLong基于CCD传感器的球罐焊接机器人焊缝跟踪-焊接学报2001,22(2)主要研究以轮式移动机器人为本体的球罐焊接机器人的焊缝跟踪问题。轮式移动机器人本体难以实现实时、准确的运动轨迹控制，而球罐焊接工艺要求焊炬必须精确地沿焊缝以恒定的焊接速度焊接。为解决这一矛盾，本文首先设计了在一定运动约束条件下的轮式机器人本体与焊炬运动机构，建立了基于双CCD传感器的焊缝路径检测系统。在对轮式移动机器人在球罐表面移动时的运动学分析基础上，建立了机器人本体在一定误差范围内跟踪焊缝的控制模型，并设计了相应的控制策略。根据机器人与焊炬之间的运动约束关系，提出了焊炬位置实时精确的跟踪控制策略。现场工艺试验表明，所研制的球罐焊接机器人焊炬跟踪精度可达±0.5mm，能够满足实际工程应用。4.期刊论文张轲.吕学勤.吴毅雄.王常建移动焊接机器人的研究现状及发展趋势-焊接2004,(8)将移动机器人技术和焊缝跟踪技术结合起来构成移动式的焊接机器人,在大型结构件的自动化焊接中,有着广阔的应用前景.研究了移动焊接机器人的关键技术,并对移动焊接机器人在国内外的研究现状及发展趋势进行了比较全面地介绍.5.学位论文吕学勤移动焊接机器人焊缝轨迹跟踪的滑模变结构控制研究2005焊缝轨迹自动跟踪技术是目前自动化、智能化焊接的重要发展方向。随着工业水平的提高，大型焊接结构件的应用越来越多，对焊接质量的要求越来越高，焊接过程中的飞溅、工件的加工误差和表面的不平度及跟踪系统模型参数的变化等都会对执行机构的运动造成影响，从而影响焊缝跟踪的精度；而且一般焊接过程中产生的高温、飞溅、毒气等使焊接工作者难以接近，因此研究一种无导轨的、能自由移动的焊缝自动跟踪系统和具有抗干扰性强的焊缝跟踪控制算法成为国内外研究的热点。为实现对大范围、复杂形状长焊缝的高精度自动跟踪，进行了基于四轮式移动机器人和十字滑块协调控制的焊缝自动跟踪系统的研究。涉及到移动焊接机器人焊缝跟踪控制系统数学模型的建立、基于控制系统动力学的焊缝跟踪算法研究、试验平台的建立及焊缝轨迹跟踪试验。系统模型是实现系统控制算法的前提。本文通过分析建立了轮式移动焊接机器人的具有非完整力学系统形式的运动学和动力学模型，为智能控制方法在移动焊接机器人中离线编程、仿真和动态控制奠定了重要基础。焊缝跟踪高精度的要求使得跟踪过程中系统动力学问题愈加突出。为了研究动力学因素对焊缝轨迹跟踪的影响，建立了基于移动焊接机器人控制系统动力学模型的机电联合控制，考虑了焊缝轨迹跟踪过程中移动焊接机器人的惯性、电机动力学、工件表面不平度等因素对跟踪精度的影响。针对轮式移动焊接机器人系统非线性、强耦合、多变量的动态特点，以及焊接环境的多变性，将滑模变结构控制（VSS）的思想运用到了焊缝轨迹跟踪过程中，首先建立了基于移动焊接机器人本体动力学的VSS控制器，通过李亚普诺夫稳定性分析证明，在滑模变结构控制下，控制系统是大范围稳定的，且加入能量为有限值的随机干扰信号不会影响控制系统的稳定性。理论分析和系统仿真证明了VSS在焊缝轨迹跟踪中的可行性和有效性。消弱或消除VSS产生的“抖振”，减弱对物理系统的冲击是VSS能够在移动焊接机器人中实际应用的必要条件。在分析滑模面产生“抖振”实质原因的基础上，对传统的切换函数平滑化的方法进行了改进，将平滑化后的切换函数与时变控制增益相结合，这样既减弱了控制系统在进入滑模面时的抖振，又保持了VSS对干扰地摄动，有较高的抗干扰性。为了进一步提高移动焊接机器人轨迹跟踪的精度，将十字滑块整合到移动机器人控制系统中，建立了基于移动焊接机器人本体和十字滑块联合控制的VSS控制器。为了验证VSS的抗干扰性，分别对控制系统的驱动轮、负载和转动惯量等物理参数加入了相应幅度的随机干扰。仿真结果表明，处于滑动运动的系统具有很好的鲁棒性，焊缝轨迹跟踪的仿真精度可达到｜ey｜＜0．2mm。为了研究VSS控制器在焊缝轨迹跟踪中的有效性，将VSS控制器运用于移动焊接机器人的轨迹跟踪控制系统中，进行了直线、斜线、圆弧和S形焊缝轨迹的跟踪试验，并加了在轨迹跟踪过程中可能存在的干扰。试验结果表明：VSS算法对焊接过程中可能存在的有界不确定干扰具有不变性，能够较好地运用于焊缝轨迹跟踪过程。跟踪过程中，机器人本体运行平稳，无明显抖振，十字滑块在中间位置做不超过±2mm的摆动，焊炬的横向偏差为｜ey｜＜0．5mm。6.期刊论文张轲.吴毅雄.金鑫.ZHANGKe.WUYixiong.JINXin基于高斯基模糊神经网络的移动焊接机器人焊缝实时跟踪-焊接学报2007,28(9)对所研制的焊接移动机器人建立了运动学模型并设计了基于高斯基模糊神经网络的焊缝跟踪控制器.采用Denavit-Hartenberg(D-H)齐次坐标变换法分析了机器人本体和滑块对焊炬点位姿的运动学行为,建立了较为完整地运动学模型.在此基础上.提出了采用高斯基模糊神经网络实现焊缝实时跟踪的方法.采用高斯函数作为隶属函数,以滑块位置和小车方位角作为输入,焊炬的转向调整角作为输出,利用神经网络的自学习和自适应能力,实现模糊隶属函数和控制规则的在线修改.焊缝跟踪试验验证了所设计控制器的有效性,其跟踪精度可始终控制在±0.5mm以内,满足实际焊接工程的需要.7.学位论文王建伟专用焊接机器人焊接误差分析及补偿研究2008焊接是制造业中重要的生产工艺之一。焊接自动化已经成为焊接领域的主要发展方向，焊接机器人的研究对于提高焊接自动化水平有重要意义。本文基于功能原理设计方法，针对于箱体和刹车毂焊接的专用焊接机器人各功能组合方案进行了分析、对比，研究了专用焊接机器人结构设计方案的优选方法。并对焊接机器人进行了结构设计，重点研究了焊接机械手的摆动功能。焊接是焊枪与焊缝相对运动并同时施焊的过程，焊枪与焊缝相对位置的准确性与稳定性是影响焊接质量的重要因素。本文焊接对相对误差的成因进行了研究，并以此为根据确定合适的专用的焊缝误差的检测方法，具有可靠性高、实用性强的特点。形状规则的永磁铁的磁场分布具有高度的对称性，而工程中大量钢板焊接坡口也具有对称性，以此为依据，本文对永磁铁磁场与焊缝坡口的相互作用进行了详细的研究，研究了永磁铁探头式焊缝跟踪传感装置，实现了非接触、可靠性高的焊缝跟踪。具有稳定磁性能的永磁铁在焊缝跟踪中的新应用扩充了焊缝偏差的检测方法，同时对永磁铁的研究开辟了新的领域和思路。本文同时对焊缝同步跟踪的方法进行了初步探讨。专用焊接机器人及专用焊缝跟踪传感器的研究有助于提高焊接自动化的普及程度。对他们的研究能开拓出新的理论方法，并有很强的实用价值。8.期刊论文徐鹏飞.张华.贾剑平.XUPeng-fei.ZHANGHua.JIAJian-ping复合FUZZY-PID焊缝跟踪控制算法-微计算机信息2009,25(13)本文设计了一种用于水下焊接机器人焊缝跟踪的复合FUZZY-PID控制器,采用模糊控制和PID并联