肖家栋[1]2009年在《欠驱动机器人虚拟样机建立及实时仿真系统研究》文中提出本文分析总结国内外机械系统设计及控制仿真技术方面的发展,结合实际欠驱动机器人原型机开发的要求,自主开发机器人实时仿真系统,并将虚拟样机技术引入到欠驱动机器人动力学建模中。软件编写采用模块化方法,整体采用多学科软件融合的方法来达到功能要求,多学科软件融合的价值在于大大地拓广了系统的数字分析的能力。系统平台开发采用ADAMS软件设计虚拟样机动力学模型,利用Matlab软件设计仿真控制器,对硬件的驱动控制及系统操作平台在VC++软件中设计完成。利用Matlab计算引擎技术和VC++与Matlab混合编程技术开发人机界面及连接各模块的接口,这样不仅降低了编程难度,而且将多个学科的软件充分集成。实际应用过程中,系统主要实现对实体机器人的控制调试,设计实时控制算法;软件能够与Matlab相连,从而实现欠驱动双足机器人理论步态仿真、控制方法开发以及实验研究;联合仿真在理论分析与原型机开发之间建立充分的联系,能够有效支持机械结构和控制算法设计。本文完成了欠驱动步行机器人开放式通用实时仿真系统的开发,能完成硬件系统控制、仿真分析、实验测试等功能,对欠驱动双足机器人仿真、控制算法的开发以及实验研究具有重要的应用价值。
陈新荣[2]2003年在《基于虚拟样机的机器人控制仿真软件系统研究与开发》文中认为机器人动力学仿真是机器人研究领域的重要课题，开发高效的仿真软件对机器人理论研究和工程应用都是十分重要的。为了全面的了解机器人性能，应将动力学系统和控制系统结合在一起进行仿真，现在能进行这样仿真的机器人仿真软件还不成熟。国际着名机械动力学仿真软件ADAMS可以将机械系统和控制系统结合在一起进行仿真，但直接应用于机器人仿真则还不能胜任，且接口相对繁琐。因此，在ADAMS现有功能的基础上进一步开发一套机器人控制仿真软件系统，即可减少开发代价又可保证软件系统的质量。本文根据软件工程的原理，详细分析了机器人的特点，利用ADAMS和MATLAB已有的接口，加强和扩充ADAMS仿真控制系统功能，进一步简化操作步骤，分别在ADAMS和MATLAB软件中增加一个机器人控制仿真模块，开发了机器人控制仿真系统。该软件系统具有下面几个特点：首先，本软件系统实现了流程的自动化，对用户屏蔽了数据接口，专用数据接口文件在MATLAB和ADAMS之间可以自动传输；其次，本软件系统实现了控制电机的自动生成，并突破了ADAMS只能仿真理想电机的局限，用户只需选择控制方式即可。第叁，在MATLAB/SIMULINK中增加了独立的ROBOT控制模块，用户可以使用所提供的基本模块构建复杂的机器人控制系统。最后，本软件系统简化了系统配置，实现参数配置的自动化，用户操作步骤少。文中通过一个平面两臂柔性关节机器人的仿真实例详细介绍了本软件的使用，仿真结果说明本软件系统运算稳定、适应范围广，能大大提高机器人动力学效率。
卜王辉[3]2009年在《面向复杂任务的机器人操作臂作业过程优化技术研究》文中认为机器人操作臂在工业领域有着广泛地应用。对机器人操作臂作业过程的深入研究,有助于提高机器人作业效率和改善机器人操作性能。复杂任务中的机器人操作臂作业过程受到多种因素的影响。本文着重考察机器人操作臂在作业拓扑顺序可变、机构运动副含间隙、非结构化未知环境等复杂任务中的作业过程优化问题,研究了机器人操作臂的运动规划、布局设计、动力学综合以及力反馈遥操作等方面的关键技术。机器人操作臂的位置反解是运动规划的基础。为了便于导出手腕偏置型串联机器人的关节变量之间的关系,提出了基于切断点自由度解耦的机器人操作臂位置反解技术。利用机器人几何结构特征,将机构运动链切断为两部分,使两个子运动链在切断点处运动自由度的某个分量上的耦合度最小。从而将含6个未知数的高维超越方程组转化为仅含1个未知数的非线性方程,通过一维迭代搜索进行机器人位置反解。机器人操作臂的一个复杂作业过程包含多种运动规划目标。为了便于作业过程优化,提出了基于作业过程分解的机器人操作臂运动规划技术。在自由运动阶段,采用准梯形波和准叁角波运动模型,研究了基于作业时间最短的机器人自由运动轨迹规划技术。在约束运动阶段,将工件的设计特征映射为制造特征,研究了基于特征映射的机器人约束运动路径规划技术。复杂的机器人任务可以看作是这两种子过程的组合。机器人操作臂的布局设计是机器人工作站设计时首要考虑的问题之一。为了尽量减少布局设计中人机交互的迭代过程,并使机器人完成任务的工作周期时间最短,提出了基于作业拓扑与基座位置协同优化的机器人操作臂布局设计方法。将机器人操作臂的基座可行空间离散为若干空间网格。在各空间网格中,采用蚁群算法优化机器人作业拓扑顺序。在具有相同作业拓扑顺序的网格空间中,采用模式搜索算法寻找机器人基座的最优位置姿态。机器人操作臂的运动副使相邻构件产生相对运动,运动副元素之间必然留有间隙。为了使运动副元素之间不发生冲击碰撞,提出了基于轨迹规划的含间隙机器人操作臂的运动副元素避免分离技术。建立含间隙运动副的虚拟杆模型。采用多项式函数进行机器人轨迹规划,将含间隙运动副反力表达为机器人主动关节和虚拟杆运动参数的函数。把机器人每段运动轨迹的时间长度作为可调参数,建立运动副反力的动态响应谱。从动态响应谱中选择合理的运动轨迹时间长度,使机器人运动过程中含间隙运动副元素始终避免分离。机器人操作臂的力反馈遥操作广泛地应用于未知的或者非结构化的作业环境。为了便于操作人员远程作业,提出了基于增强遥操作便捷性的机器人操作臂的力反馈遥操作技术。在通常的位置控制模式和速率控制模式之外进一步提出了定点控制模式,研究了基于速率—位置—定点混合模式的力反馈遥操作控制技术。采用状态解析的方法识别操作人员的操作意图,研究了基于操作意图的力反馈遥操作中虚拟夹具在线生成技术。针对虚拟环境中的机器人遥操作,研究了基于主动引导的接触力觉连续生成方法。开发了机器人操作臂虚拟样机作业过程仿真软件系统。包括两个子系统,即机器人操作臂布局设计与操作仿真系统、集成虚拟环境的机器人操作臂遥操作系统。其中机器人操作臂布局设计与操作仿真子系统采用UG二次开发和WTK自主开发两条技术路线实现。
王中华[4]2011年在《小型仿人机器人控制系统设计与研究》文中认为小型仿人机器人因其独特的优势：经济性、类人外表、仿人步行及其它动作实现、以及人性化的交互功等能,而更能激发人类兴趣和创造灵感,更适合促进机器人技术应用的普及,并不断提高相关学科的研究和发展。本论文主要设计了一款小型仿人机器人样机,并在此基础上重点研究其控制系统,实现了该样机的基本功能：步行,俯卧撑,踢球等。具体研究工作如下：1.搭建了小型仿人机器人样机。定义了样机基本功能,确定了样机19个主动自由度的配置方案,基于SolidWorks建立了样机的总体尺寸模型,并基于ADMAS建立了样机的运动学模型,离线实现了样机步态规划。2.基于人工智能递阶控制技术,搭建了具有智能层、组织层、执行层的样机控制系统。智能层采用基于ARM11+LINUX的嵌入式控制系统,负责完成舵机控制命令发送、摄像头视频捕获、音频发音控制、A/D采集转换的任务；组织层采用32路舵机控制板,负载接收智能层命令、并实时控制舵机转动；执行层主要包括舵机驱动和AD采集驱动、摄像头驱动、音频驱动、电源转换等外围电路以及舵机、电位计、摄像头、小音箱等设备。3.基于样机智能控制硬件系统,开发了样机控制主程序和功能子程序。包括编写了关节角度A/D采集反馈、PID单关节控制、USB转串口通信指令发送、摄像头视频识别以及语音输出等功能程序。4.基于样机及其智能控制系统,结合较好的步态以及全身动作规划,并通过大量实验调试,最终成功实现了具有视频采集功能的仿人机器人样机开环稳定步行,俯卧撑,以及踢球等动作功能。5.基于Adams和Matlab软件间的接口,搭建了基于虚拟样机技术的联合控制仿真系统。开发了单关节位置闭环反馈控制数学模型和样机运动控制模型；进行了样机离线步态行走仿真实验,并最终实现了虚拟样机稳定行走功能。
祁行行[5]2014年在《工业机器人运动控制分析与研究》文中研究表明以燕山大学与宁波海天集团联合研发的HT001型工业机器人为研究对象，针对运动控制算法展开了研究，主要在运动学、静力学、动力学、机器人系统及模拟仿真软件等方面进行了理论研究与实验仿真分析，主要内容如下：对HT001型工业机器人样机建模分析，采用经典D-H法建立连杆坐标系，确定连杆参数，给出了工业机器人的运动学正解通式，用X-Y-Z欧拉角序列对机器人姿态矩阵进行描述，对D-H法及MD-H法进行对比，提出两种方法的转换矩阵。采用Matlab数值分析和Adams软件仿真的方法，共同验证运动学正解的正确性，并用蒙特卡洛法和和曲面包络迭加法求解机器人的工作空间。通过用代数法对HT001型工业机器人的运动学逆解进行分析，得到其运动学逆解的八组封闭解，利用“最短路程”法和“加权系数”法对八组逆解进行优化选择，得到六自由度工业机器人的最优解，用Matlab数值分析和Adams虚拟样机法对逆解进行验证，并在HT001型工业机器人样机上进行运动学正解和逆解测试。对工业机器人进行了力学分析，包括静力学和动力学，通过利用连杆间速度与力的传递公式及牛顿-欧拉法，分析机器人在系统静态平衡或运动中末端所承受的力和力矩，求解机器人各关节的驱动力矩，得到六自由度工业机器人的静力学及动力学方程。用SolidWorks进行叁维建模，导入Adams中建立机器人虚拟样机，在考虑重力的条件下，对工业机器人的静力学和动力学方程分别进行仿真验证。介绍HT001型工业机器人样机系统，对其硬件系统组成进行简介，与宁波海天集团联合开发融合机器人控制算法的示教器，基于QT、VS2012及OpenGL等工具软件对工业机器人仿真模拟软件进行开发，初步实现了机器人的运动模拟仿真。
张克敏[6]2012年在《基于虚拟现实的机器人仿真研究》文中提出伴随着计算机技术的飞跃，虚拟现实系统的发展及完善在不断地继续，其应用领域也在不断扩大。基于虚拟现实技术开发的机器人临场感仿真实验平台就是最好的应用。本课题由国家高技术研究发展计划（863计划）和国家留学基金委资助，其目的是研究开发基于虚拟现实的机器人临场感仿真实验平台，为其它类型的研究在物理样机上实验之前，提供很好的前期实验平台，在该平台上可任意修改物理参数；开发出的平台因为有很好的程序接口，可进行二次开发；该平台也可用于教学演示。在此平台上操作者能通过叁维交互设备将人手的运动数据映射到虚拟场景中，并对虚拟机器人进行虚拟操作，同时虚拟场景和机器人反馈数据给叁维交互设备，产生实时的视觉、力觉、运动觉和听觉效果等，使操作者有种“身临其境”的感觉。对于一个完整的机器人临场感仿真实验平台来说，虚拟操作、捕捉抛物的仿真、晃动轨迹的仿真以及力觉仿真都是不可缺少的重要组成部分，它极大增强了整个仿真过程的沉浸感、逼真感，而要实现机器人的临场感仿真，则需提出和研究新的仿真方法。本文提出了在OpenGL环境下实现机器人虚拟操作的建模方法，以虚拟叁自由度机器人为例进行了应用分析，采用D-H参数法求解正逆运动学方程的同时，通过运动映射将基础坐标系、连杆坐标系与世界坐标系、局部坐标系对应起来，将连杆坐标系的平移、旋转和比例因子缩放映射为模型的平移、旋转和缩放，建立了虚拟叁自由度机器人的叁维模型；求解机器人运动学方程逆解的过程是复杂的，而且逆解往往是不唯一的，为了求解出正确的逆解，本文采用了代数法和几何法共同求解，使得结果相互印证，完成了虚拟操作的仿真研究。提出了机器人捕捉抛物的仿真方法，以虚拟叁自由度机器人捕捉虚拟小球为例进行了应用计算，分析解决了抛出虚拟小球的运动跟踪，捕捉点坐标的计算，并且将对固定物的捕捉作为特例进行了分析计算，结合初始位置以及规划的轨迹，得出了实现VS编程仿真的实时插补关节角度；同时对碰撞检测展开了一定的研究，充分利用机器人自身的特点，采用点到点的距离、点到面的距离以及关节角的转动范围来作为开发本仿真平台的主要碰撞检测方法。完成了机器人捕捉抛物的仿真研究。提出了一种通过单自由度小阻尼自由振动模型来实现机器人末端在虚拟场景中的晃动轨迹的仿真方法，以虚拟叁自由度机器人为例详细分析该方法，建立了晃动轨迹的微分方程，通过离散化、逆运动学，得出了实现VS编程仿真的离散型关节轨迹方程，提高了仿真的临场感效果，完成了晃动轨迹仿真的研究。提出了一种新的机器人力觉临场感仿真方法，以虚拟叁自由度机器人为具体实例进行了详细分析，离散化整个仿真过程，充分利用力雅克比，计算出了每个离散点上虚拟机器人末端的力，建立了合理的力反馈计算模型，得出了操作者感觉到的力与关节力矩之间的离散型递推方程，完成了力觉临场感仿真研究。最后，分析了仿真平台的结构和功能，解决了若干关键内容的实现方法，编程开发了虚拟叁自由度机器人临场感仿真实验平台，该平台主要有硬件系统和软件系统组成，其中硬件系统主要有计算机、叁维交互设备Falcon、键盘和鼠标构成。软件系统是在计算机上依据仿真模型开发出相应的仿真软件，该软件采用Windows XP操作系统、Visual Studio2008应用程序开发环境、OpenGL图形库和Falcon数据库，结合MFC类库开发，通过Falcon实现人机交互，实现运动信息以及力信息的相互映射。虚拟叁自由度机器人的运动信息由计算机和Falcon实时给定和采样计算，对虚拟操作，捕捉抛物、晃动轨迹以及力觉进行了仿真，仿真实验结果有很好的视觉临场感、力觉临场感和听觉临场感，表明了本文算法的有效性，同时也证明了本文的仿真模型已成功应用在了叁自由度机器人的临场感仿真平台中。
刘静[7]2005年在《挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究》文中认为针对挖掘机高效、节能和智能化的发展趋势,结合我国传统挖掘机行业新产品开发周期长、成本高、对挖掘机产品的评价和设计手段落后等现状,本文以863项目“非结构环境移动机器人的集成化智能控制关键技术研究(编号:2001AA422130)”和国家自然科学基金重点项目“机械广义优化设计理论、方法、技术及其实现和应用(编号:59635150)”为依托,首次运用虚拟样机这一近年来得到快速发展的先进技术开展挖掘机的高效、节能和智能控制技术的研究。重点研究开发一个集成多领域系统模型的挖掘机虚拟样机环境,作为挖掘机综合性能仿真评估平台,用于挖掘机节能和智能化策略的分析及优化,提高挖掘机的作业效率、节能效果和自动化水平。主要研究内容和特色如下: 1、针对挖掘机器人机、电、液和信息一体化的发展特点,提出挖掘机器人虚拟样机的建模策略和框架。根据抽象建模的需要将挖掘机器人分为有机关联的单学科系统级模型,即:动力学、机械、液压和控制四个子系统模型,为了得到一个综合的性能仿真平台,提出动力学、机械、液压、控制一体化建模技术。基于各个子系统的功能确定系统之间的参数传递关系,通过子系统模型的参数关联集成,以及数据接口设置,将各个子系统模型在ADAMS环境中实现集成,构成挖掘机器人的虚拟性能测试平台,以能够在此平台上对挖掘机器人的动力学、液压、控制系统进行仿真分析。 2、分别利用D-H方法和Newton-Euler方法推导了挖掘机器人运动学和动力学理论模型,在此基础上利用动力学分析软件ADAMS建立挖掘机器人的参数化机构仿真模型,利用叁维造型软件Pro/E建立了挖掘机器人的机械部件模型并与ADAMS参数化机构模型进行集成,构成机械系统模型,在此模型上可以进行运动学和动力学可视化仿真分析。 3、针对现有挖掘机液压系统模型中液压缸子模型未能考虑因挖掘机不同位姿变化带来的质量分布以及外负载参数的变化,从而造成液压系统仿真模型误差较大的问题,提出了基于虚拟样机动力学解算的液压系统仿真模型的建模方法。由此得到的液压系统模型由于关联了系统动力学响应及外负载的变化,液压系统的状态参量与机构动作同步变化,可以更加真实精确地模拟挖掘机的工作状态。在此基础上建立了挖掘机器人节能控制和伺服控制系统模型,并在ADAMS中实现与液压系统模型的参数关联集成。 4、对数字化虚拟样机的精确性进行了研究和评估。针对挖掘机器人虚拟样机模型系统的复杂性,提出了定性分析和定量验证相结合的方法。定性分析主要是看仿真结果是否明显与基本物理定律矛盾,或与边界条件约束冲突。在定性分析的基础上进行定量验证,通过对模型中机构尺寸和约束进行验证保证了机构动力学模型的精确性。在此基础上验证液压系统和控制系统模型的精确性,分空载和加载两种工况分别设计单关节动作试验方案,在保证模型与实际系统初始运动姿态以及输入信号相同的条件下,测量关节运动位移、
吴昊[8]2014年在《基于虚拟现实的并联机器人仿真系统开发》文中研究表明虚拟现实技术(VR)是基于计算机图形学、传感器、人工智能等技术发展起来的一项高新技术,具有沉浸性、交互性、想象性等特点。选择合适的研究方案,能够快速的融合将虚拟场景与真实场景,开发出符合技术要求的虚拟现实仿真系统。将虚拟现实技术应用于并联机器人的路径规划中,不仅可以实现并联机器人物理样机的现场操作与远程操作,而且可以实现虚拟样机与物理样机运动轨迹的对比,检测运动一致性。将虚拟现实技术应用于工业生产中,不仅可以弥补当前工业生产中监控视频和影像资料的不足,完成实时监控机器人工作状态；而且还可以通过远程操作减轻工业生产中对工人造成的伤害。本课题以东北大学先进制造所研发的3-TPS并联机器人为研究对象,拟开发一套基于3-TPS并联机器人的虚拟现实仿真系统。课题重点为并联机器人虚拟样机和虚拟场景的构建以及虚拟样机的控制。具体内容如下：(1)在查阅国内外相关文献的基础上,综述了虚拟现实技术与并联机器人研究现状与发展趋势,以及虚拟现实技术在机器人领域的应用,在此基础上确定了本课题的技术开发路线。(2)为了快速开发出符合技术要求的虚拟现实仿真系统,研究分析了Multigen Creator、Vega Prime与Blender、Python技术方案实施路径,进行了两种方案技术可行性分析,最终确定采用Blender、Python方案。(3)为了能够快速合理开发出3-TPS并联机器人虚拟样机,研究了Blender虚拟现实软件与Solidworks叁维建模软件建模的对比。运用Solidworks软件完成并联机器人虚拟样机的建模与装配,导入Blender虚拟现实引擎,在Blender中完成了并联机器人部件、整体的骨骼模型的构建与绑定。(4)为了能够实现3-TPS并联机器人虚拟样机在虚拟现实引擎中初步运动,研究了Blender软件BGE系统逻辑编辑器的设定与Python控制脚本程序编写。(5)为了实现外部控制器控制虚拟样机的运动,研究编写了Arduino控制器的程序,并且通过调试串口模块pySerial实现Arduino控制器对BGE中3-TPS并联机器人虚拟样机的运动控制。通过合理的确定技术开发方案,本文开发了一套基于3-TPS并联机器人的虚拟现实仿真系统。通过实验表明,并联机器人虚拟样机运动轨迹符合控制器运动控制要求,为下一步仿真系统接入并联机器人物理样机奠定了坚实的基础。
冯治国[9]2009年在《步行康复训练助行腿机器人系统》文中研究说明助行腿机器人系统是外骨骼机器人技术与减重康复训练相结合的产物。它利用外骨骼机器人动作精度高、响应速度快、“不知疲倦”的特点,有可能彻底解决人工手动减重训练强度难以保证、精度不够、训练数据难以反馈等问题,并将理疗师从繁重的体力劳动中解放出来,使其可以将更多的精力专注于患者康复训练效果的评估和康复计划的制定上,从而提升患者步行康复训练的质量和效率。目前,步行训练外骨骼机器人已成为国外神经康复技术的重要发展方向之一。本课题是上海大学机电工程与自动化学院智能机械与系统研究室承担国家863项目“步行训练机器人系统关键技术”的子课题,论文对外骨骼助行腿机器人系统的机构设计、系统建模、步行运动训练控制策略和实验验证等关键技术展开研究,具体研究内容如下:⑴基于满足步行训练的功能要求以及安全性的考虑,结合人体工程学、仿生学和机械设计等技术,设计具有髋、膝和踝关节的3自由度的连杆助行腿。采用自行设计的电动直线驱动器动力装置,实现外骨骼助行腿髋、膝关节主动屈伸运动以及踝关节的主动跖屈和背屈运动,并制作了实物样机试验系统。⑵在机器人辅助训练模式与康复治疗对应的原则下,设计“机器主动”和“患者主动”运动训练控制模式。采用拉格朗日法,建立机器主动训练模式下人机系统的动力学模型。为研究训练者与助行腿之间的人机耦合运动,利用牛顿–欧拉法构建患者主动训练模式的人机系统动力学方程。⑶针对“机器主动”运动训练控制模式,采用计算力矩加比例–微分反馈控制算法,分析了建模误差以及外界干扰等不确定性因素对计算力矩加比例–微分反馈控制算法的影响,推导证明算法的收敛性。为消除建模误差影响,提高系统步态轨迹的跟踪能力,引入径向神经网络补偿建模误差。对“患者主动”运动训练控制模式,设计了基于位置阻抗控制方法,从理论上对建模误差与阻抗关系进行了分析。⑷通过研究了SolidWorks、ADAMS和MATLAB/Simulink叁种软件集成的协同仿真方法,建立了助行腿机器人虚拟样机协同仿真平台。在平台上,进行助行腿运动学和动力学仿真分析,步态轨迹跟踪控制算法仿真实验。仿真结果验证了运动学和动力学模型理论分析,为助行腿机构优化和驱动器的电机选型提供重要的参考依据。仿真实验数据表明计算力矩加比例–微分反馈控制算法对助行腿轨迹跟踪控制是有效的,为该算法在实际样机的应用奠定基础。⑸在助行腿机器人样机系统实验平台上,进行了一系列的功能和性能实验,测试了助行腿机器人系统性能的稳定性、安全性和可靠性,并对试验结果进行分析。指出了存在的不足,为进行受试者参与系统测试实验做了一定准备。本论文在以下方面进行了新的探索并取得成果:⑴探索性研究踝关节主动康复训练,导致助行腿的结构复杂化和加大助行腿运动控制的难度,通过利用多轴运动控制系统可以解决这个控制难度问题。带有踝关节主动康复训练的助行腿机器人可使下肢运动康复训练更加全面,符合临床习惯要求。⑵建立了“机器主动”运动训练控制模式下助行腿机器人系统在跑步机上步行的动力学模型,采用主从跟随控制思想,设计计算力矩加比例–微分反馈的控制算法和径向基函数的神经网络补偿控制的方法,弥补机器人动力学模型的不确定性,提高助行腿轨迹跟踪能力。⑶通过将训练者与助行腿隔离分析研究,采用牛顿–欧拉法分别建立动力学模型,利用人机交互作用信息建立训练者与助行腿组成的耦合系统的解耦关系,为研究“患者主动”训练模式的控制方法奠定理论基础。本博士论文深入研究步行训练机器人系统关键问题之一——助行腿。通过对助行腿关键技术的研究,为发展面向应用的步行训练机器人系统提供必要的理论依据、实验数据和研究经验。随着相关技术不断发展完善,将步行训练机器人技术转化为机器人产品,这将对于提高神经受损患者的康复效果和质量、具有积极的学术意义和重要的实际意义。
吴训[10]2017年在《双线激光传感移动焊接机器人V型焊缝跟踪控制》文中指出伴随着焊接技术在工业领域的不断发展,人们开始对焊接质量的要求也越来越高,而焊接质量受到如高温、飞溅、烟尘、人为或机械误差、受热变形的诸多因素的干扰影响,使得焊接自动化成为必然趋势。针对一些如航空航天、船舱狭小空间等,人工难以达到或工作环境比较恶劣的情况,采用基于双线传感的移动式焊接机器人来进行焊缝跟踪控制,来达到保证焊接质量的要求。该机器人是一种紧凑新型的,差速模式全轮转向方式的移动焊接机器人。分析了机器人无侧滑条件,建立机器人的误差模型,采用MATLAB软件对其进行了运动学仿真,结果表明,所建立的无侧滑运动学模型正确。为分析机器人的运动学特性对机器人的控制器的影响,首先建立了该机器人的虚拟样机,设计了机器人的PID控制器,并采用MATLAB与ADAMS软件对机器人虚拟样机进行了联合控制仿真研究,斜线轨迹与圆弧等典型焊缝轨迹控制仿真结果表明,斜线轨迹跟踪最大误差为-0.0761mm,圆弧轨迹跟踪最大误差为-0.0732mm,仿真误差均小于±0.5mm,整体误差稳定性尚可。根据上述控制仿真结果并结合实际机器人,设计该机器人焊缝跟踪控制器,主要是PID控制和模糊控制。系统采用了在控制中常见的PID的控制策略,进行仿真控制实验,得到一个基本满意的控制效果;为了提高控制精度,改善系统的响应速度,对焊枪所在的十字滑台部分的控制设计了模糊控制,同时进行仿真控制研究,结果表明斜线轨迹跟踪最大误差-0.0440m,精度有所提高,且系统稳定性变好。最后,设计搭建了焊接系统的硬件平台,并在VC++6.0开发环境下,编写了焊缝软件控制系统平台。采用模糊PID控制策略,进行了斜线焊缝跟踪控制实验,焊缝跟踪误差在0.5mm以内,实验结果表明,该控制方法效果良好,精度满足要求,跟踪可靠。
参考文献：
[1]. 欠驱动机器人虚拟样机建立及实时仿真系统研究[D]. 肖家栋. 吉林大学. 2009
[2]. 基于虚拟样机的机器人控制仿真软件系统研究与开发[D]. 陈新荣. 北京工业大学. 2003
[3]. 面向复杂任务的机器人操作臂作业过程优化技术研究[D]. 卜王辉. 浙江大学. 2009
[4]. 小型仿人机器人控制系统设计与研究[D]. 王中华. 北京交通大学. 2011
[5]. 工业机器人运动控制分析与研究[D]. 祁行行. 燕山大学. 2014
[6]. 基于虚拟现实的机器人仿真研究[D]. 张克敏. 重庆大学. 2012
[7]. 挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究[D]. 刘静. 浙江大学. 2005
[8]. 基于虚拟现实的并联机器人仿真系统开发[D]. 吴昊. 东北大学. 2014
[9]. 步行康复训练助行腿机器人系统[D]. 冯治国. 上海大学. 2009
[10]. 双线激光传感移动焊接机器人V型焊缝跟踪控制[D]. 吴训. 南昌大学. 2017
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