一種基于動(dòng)態(tài)焊縫切線法的大曲率彎曲焊縫跟蹤方法
【專利摘要】一種基于動(dòng)態(tài)焊縫切線法的大曲率彎曲焊縫跟蹤方法，它屬于它主要是解決目前輪式移動(dòng)焊接機(jī)器人用于彎曲焊縫跟蹤缺乏系統(tǒng)完善的分析方法，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型與控制模型等技術(shù)問題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是：旋轉(zhuǎn)電弧傳感器控制電弧在焊縫坡口上旋轉(zhuǎn)掃描，由霍爾傳感器提取坡口特征信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集處理和小波實(shí)時(shí)在線遞推降噪后，獲得實(shí)時(shí)的焊縫偏差矢量信息e，（k+1），與采用最小二乘方法獲得的偏差預(yù)測值e，，（k+1）對比，優(yōu)化后獲得最佳焊縫偏差值e（k+1），根據(jù)該值和偏差絕對值的變化速率嚴(yán)格按照動(dòng)態(tài)焊縫切線法控制模型，驅(qū)動(dòng)焊接小車與十字滑塊，確保焊炬始終以一定速率沿大曲率彎曲焊縫中心線的切向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)跟蹤。它主要是用于大曲率彎曲焊縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤。
【專利說明】一種基于動(dòng)態(tài)焊縫切線法的大曲率彎曲焊縫跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電弧傳感的輪式移動(dòng)機(jī)器人的焊縫自動(dòng)跟蹤領(lǐng)域，特別是一種基于動(dòng)態(tài)焊縫切線法的大曲率彎曲焊縫跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，焊縫跟蹤在焊接自動(dòng)化領(lǐng)域是一個(gè)很重要的研究領(lǐng)域，在大型艦船艙體、甲板、船身、大型球罐的焊接中存在大量彎曲焊縫，實(shí)現(xiàn)對這些彎曲焊縫的自動(dòng)跟蹤，并且盡量保持焊接速度恒定是保證焊接效率與焊縫質(zhì)量的必要條件，輪式移動(dòng)焊接機(jī)器人具有機(jī)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性高等特點(diǎn)，因此，將輪式移動(dòng)焊接機(jī)器人用于彎曲焊縫跟蹤已成為焊接自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。
[0003]電弧傳感輪式機(jī)器人是利用電弧本身作為傳感器的非完整約束機(jī)構(gòu)，它允許機(jī)器人的某些關(guān)節(jié)無驅(qū)動(dòng)，可以大大降低機(jī)器人的制造成本、重量和能耗，提高了機(jī)器的靈活性，但目前還缺乏系統(tǒng)完善的分析方法，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型與控制模型。
[0004]動(dòng)態(tài)焊縫切線法通過在線小波降噪處理，實(shí)時(shí)提取焊縫偏差信息，然后結(jié)合輪式移動(dòng)焊接機(jī)器人焊縫切線法模型實(shí)現(xiàn)了大曲率彎曲焊縫的跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，采用最小二乘法曲線擬合獲得預(yù)測偏差e”(k)，經(jīng)實(shí)際焊縫偏差值e’ (k+Ι)實(shí)時(shí)修正，獲得最佳焊縫偏差值e(k)，根據(jù)該值和偏差絕對值的變化速率結(jié)合已建立的輪式移動(dòng)式焊接機(jī)器人焊縫切線法模型，控制滑塊與焊接小車的運(yùn)動(dòng)，確保焊槍始終沿著焊縫切向以相同速率運(yùn)動(dòng)，為大曲率彎曲焊縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤提供基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:旋轉(zhuǎn)電弧傳感器控制電弧在焊縫坡口上旋轉(zhuǎn)掃描，由霍爾電流傳感器提取反映坡口掃描信息的焊接電流信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡將焊接電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，對該數(shù)字信號進(jìn)行實(shí)時(shí)小波在線遞推降噪處理后，由其計(jì)算獲取焊縫偏差矢量e’ (k+1)，并與e (k-2)，e (k_l)，e (k)采用最小二乘方法獲得的偏差預(yù)測值e” (k+Ι)進(jìn)行對比分析，優(yōu)化后獲得最佳焊縫偏差值e(k+l)，根據(jù)該值和偏差絕對值的變化速率，嚴(yán)格按照焊縫切線法控制模型，協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)焊接小車與十字滑塊，確保焊炬始終以一定速率沿大曲率彎曲焊縫中心線的切向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)跟蹤。
[0007]所述實(shí)時(shí)小波在線遞推降噪過程具體是:滑動(dòng)窗口動(dòng)態(tài)截取2的整數(shù)次冪的反映焊縫坡口特征的數(shù)據(jù)，選擇Daubechies小波基進(jìn)行正交小波變化，采樣快速離算小波變換算法對該數(shù)據(jù)進(jìn)行J層小波分解，然后利用非線性小波變換閾值降噪法進(jìn)行降噪處理，小波分解系數(shù)通過軟硬閾值折中法進(jìn)行閾值處理后，并通過Mallat快速小波變換算法對坡口特征信號進(jìn)行重構(gòu)，小波降噪后，輸出離滑動(dòng)窗口邊界距離為I的那個(gè)數(shù)據(jù)，完成焊縫坡口跟蹤信號的準(zhǔn)實(shí)時(shí)降噪。
[0008]所述動(dòng)態(tài)焊縫切線法具體是:實(shí)時(shí)獲得最佳焊縫偏差值，當(dāng)橫向滑塊移動(dòng)的距離d超過設(shè)定的閾值U(橫向滑塊中心為參考點(diǎn))時(shí)，如果焊縫偏差的符號與上一周期的偏差符號相反且(|e(k+l) -1e(k) |)/(T)小于設(shè)定的閾值b(與前述U是否區(qū)別)，則橫向滑塊向其中心方向移動(dòng)，小車直行；如果焊縫偏差的符號與上一周期的偏差符號相同或(I e (k+1) 1-1 e (k) I) / (T)大于或等于設(shè)定閾值b時(shí)，按定步長方式調(diào)整焊接小車與滑塊，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型推導(dǎo)如下:
[0009]由圖2，設(shè)焊炬起始坐標(biāo)點(diǎn)為(0，O)，根據(jù)調(diào)節(jié)原理與幾何關(guān)系，可得
【權(quán)利要求】
1.一種基于動(dòng)態(tài)焊縫切線法的大曲率彎曲焊縫跟蹤方法，其特征是:旋轉(zhuǎn)電弧傳感器控制電弧在焊縫坡口上旋轉(zhuǎn)掃描，由霍爾傳感器提取坡口特征信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集處理和小波實(shí)時(shí)在線遞推降噪后，獲得實(shí)時(shí)的焊縫偏差矢量信息e’(k+l)，與采用最小二乘方法獲得的偏差預(yù)測值e’’(k+l)對比，優(yōu)化后獲得最佳焊縫偏差值e (k+Ι)，根據(jù)該值和偏差絕對值的變化速率嚴(yán)格按照動(dòng)態(tài)焊縫切線法控制模型，驅(qū)動(dòng)焊接小車與十字滑塊，確保焊炬始終以一定速率沿大曲率彎曲焊縫中心線的切向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于動(dòng)態(tài)焊縫切線法的大曲率彎曲焊縫跟蹤方法，其特征是:所述的小波實(shí)時(shí)在線遞推降噪是指滑動(dòng)窗口動(dòng)態(tài)截取2的整數(shù)次冪的反映焊縫坡口特征的數(shù)據(jù)，選擇Daubechies小波基進(jìn)行正交小波變化，采樣快速離算小波變換算法對該數(shù)據(jù)進(jìn)行J層小波分解完成計(jì)算，然后利用非線性小波變換閾值降噪法進(jìn)行降噪處理，小波分解系數(shù)通過軟硬閾值折中法進(jìn)行閾值處理，并且采用固定滯后實(shí)時(shí)小波降噪算法克服邊界算法干擾，通過Mallat快速小波變換算法對坡口特征信號進(jìn)行重構(gòu)，小波降噪后，輸出離滑動(dòng)窗口邊界距離為I的那個(gè)數(shù)據(jù)，完成焊縫坡口跟蹤信號的準(zhǔn)實(shí)時(shí)降噪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于動(dòng)態(tài)焊縫切線法的大曲率彎曲焊縫跟蹤方法，其特征是:所述的動(dòng)態(tài)焊縫切線法是指將e (k-2),e (k-l),e (k)通過最小二乘法曲線擬合得到偏差預(yù)測值e’’(k+l)，與k+Ι時(shí)刻實(shí)時(shí)獲得的實(shí)際焊縫偏差值e’(k+l)進(jìn)行對比分析，優(yōu)化后獲得最佳焊縫偏差值e(k+l)，根據(jù)該值和偏差絕對值的變化速率控制焊接小車和十字滑塊的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大曲率彎曲焊縫自動(dòng)跟蹤。
【文檔編號】B23K9/127GK104028877SQ201410260236
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】洪波, 柳健, 洪宇翔, 王謙 申請人:湘潭大學(xué)