水下焊接机器人智能潜水送丝系统的研制

文中针对水下机器人焊接的特点,研制了一种可用于水下熔化极气体保护焊的全数字智能潜水送丝系统.以数字信号控制器(DSC)级ARM CortexTM-M4架构的STM32F405RGT6微处理器为控制核心开发了全数字控制系统;设计了基于电机电枢电压负反馈的脉宽调制型半桥可逆斩波的送丝驱动电路,以补偿负载转矩变化带来的送丝速度的变化;开发了基于电涡流式接近开关的焊丝状态检测模块,实现了焊丝状态的非接触、实时监测.实验结果表明,所研制的系统能可靠地监测焊丝状态,在送丝软管状态变化的情况下能够均匀、稳定地送丝,送丝速度变化率小于±3.5%,远低于国家标准规定的数值.     

水下焊接机器人系统轻量化全密封送丝装置的研制

针对核乏燃料池水下机器人熔化极气体保护焊接修复需求,研制了一种轻量化全密封送丝装置.采用铝合金外壳、玻璃钢面板等实现装置整体轻量化;采用双驱滚轮送丝机构,并通过焊丝盘等部件的优化布局实现装置的小型化;通过气管外接压缩气体实现装置内部压力随水深变化的调节;设计了基于ARM的数字化驱动控制系统,采用电枢电压负反馈控制和高频斩波技术补偿送丝速度的变化;利用基于CAN的数字化通信接口电路实现与水下机器人的数字化集成. 20 m深水下焊接试验结果表明:该送丝装置的壳体强度高,送丝稳定均匀,响应快速灵敏,工艺适应性好,可满足水下焊接修复要求.     

单片机控制IGBT逆变埋弧焊机的研制

针对IGBT逆变埋弧焊机设计了基于单片机80C196KC的控制系统,介绍了系统的软、硬件组成和控制原理.焊接电源采用PWM控制技术,通过电流反馈PI控制算法调节电源输出外特性.送丝及行走小车调速系统采用MOSFET型开关电源,采用电弧电压反馈PI算法,实现了送丝速度的闭环控制.研制的焊机具有参数预置、数字显示和自动引弧收弧等功能.试验结果表明,样机性能稳定,工作可靠,达到了设计要求.     

基于ZigBee无线传感网的自寻径机器人系统研究

针对自寻径机器人在各个领域中的广泛应用,对基于无线传感网的机器人自寻径系统作进一步研究具有重要的现实意义.本文设计了一种基于ZigBee无线传感网的自寻径机器人系统,系统采用FFD完整功能节点组成无线传感网,并在此硬件基础上采用改进的RSSI算法对机器人进行定位,同时采用蚁群算法对机器人的坐标参数进行处理,形成在无线传感网中传输的路由信号包,实现全范围内的路由搜寻,以此对机器人行动路径进行指引,从而实现机器人的自寻径.     

基于KF的自平衡机器人姿态角补偿方法

研究基于卡尔曼滤波(KF)的低通滤波补偿方法,对采用单轴加速度计的自平衡机器人姿态角测量系统进行补偿,消除由于振动、冲击等引起的信号失真,增强控制系统的稳定性.根据前期研究及实验,深入分析振动、冲击对传感器信号的影响,提出了一种基于最小二乘拟合原理的姿态角计算模型.在获得机器人自由振荡频率的基础上,设计了基于KF的混合低通滤波单元,并进行了物理模型实验.结果表明,该补偿方法能完全消除振动造成的传感信号失真.此外,该补偿方法对强烈冲击所造成的信号波动亦有明显衰减,能显著提升自平衡机器人的稳定性.     

数字化焊接送丝控制系统

设计一套焊接送丝调速系统,以89c55单片机为核心,利用PWM脉宽调制技术实现焊接送丝调速.系统输出使用专用集成芯片IR2101驱动功率MOSFEL管,采用电磁式测速传感器反馈电机送丝速度,并与上位机采用RS-485接口进行连接,使用Modbus协议通信,调速系统在仿真软件Proteus中仿真通过.仿真结果表明:与传统...     

多层多道焊接参数模糊控制系统的设计

针对工业机器人中厚板多层多道焊接参数选择的难题,采用基于查表的模糊控制方式,选取送丝速度和焊接速度为控制量,熔丝面积为被控制量,利用Matlab得出了各个变量之间的模糊控制表,用C#编写软件,实现了焊接参数的模糊控制.以25 mm厚对接平焊为例进行试验,结果表明该系统能将焊接后熔丝面积与实际焊接需要填充量的误差保持在5%以内.     

2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊的焊缝成形模糊控制系统

以航天薄壁结构件用2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊(GTAW)为背景,设计和研制了一套基于多信息传感的机器人变极性GTAW焊缝成形模糊控制系统.采用视觉传感系统实时获取焊缝的间隙和错边量,并利用相应的图像处理方法获取液态2219铝合金熔池的正面特征信息;采用模糊逻辑控制方法进行焊缝参数的在线调整和补偿控制,以确保焊缝熔透及其成形的均匀性.结果表明,对于厚度为8mm的2219铝合金对接焊,采用所设计的模糊控制系统能够根据焊缝的间隙量和错边量来实时调整焊接电流和送丝速度,使其熔池正面宽度较为稳定,从而保证了焊缝熔透及其成形均匀.     

基于结构光视觉的GTAW送丝位置实时传感技术研究

核电反应堆冷却剂管道(主管道)是连接反应堆压力壳与蒸汽发生器之间的主要承压设备，被称为核电的“主动脉”．主管道焊接通常采用钨极氩弧焊(gastungstenarcwelding,GTAW)工艺，通过轨道小车进行全位置焊接．然而，受限于坡口的一致性以及设备的稳定性，焊丝与熔池之间的相对位置(简称为送丝位置)在焊接过程中不可避免地出现偏移，破坏了熔池稳定，进而对焊接质量造成严重影响．此外，焊接过程中的高亮弧光以及高温也进一步加大了送丝位置传感的难度．针对以上问题，本文基于结构光视觉传感法，通过分析送丝位置对熔池形貌的影响机制，研究熔池形貌与结构光反射图样之间的对应关系，获得一种能够有效判断主管道GTAW焊接过程中送丝位置的传感方法．试验结果表明，结构光视觉传感技术能够利用熔池表面的镜面特性，将熔池表面的振动状态放大.当送丝位置位于熔池前端时，在熔池前端出现凹陷，并且反映为反射图样右端位置的点阵集中．当送丝位置位于熔池内部时，根据焊丝熔化状态又分为大电流和小电流两种情况：当电流较小时，焊丝在熔池与电弧热量的共同作用下熔化，使得熔池内部出现凹陷，并反映为反射图样中部的点阵集中；当电流较大时，焊...     

单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊工艺

摘要： 针对常规双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊（GMAW）的控制过程较复杂、焊接成本较高等问题,提出了采用单电源实现双丝旁路耦合电弧GMAW的方法,并设计了采用快速原型技术的实验系统.同时,进行了大量焊接工艺实验.实验结果表明：采用单电源的双丝旁路耦合电弧GMAW可以稳定焊接,但相对于双电源的双丝旁路耦合电弧GMAW其稳定工作区间更窄;通过调节旁路送丝速度快慢的焊接工艺实验,分别找到了在主路电流为300、350、400、450、500、550A时旁路送丝速度的稳定工艺区间.     

基于生产者-消费者程序结构的振动传感系统

低频振动常伴随自然灾害的发生,低频振动信号的实时准确检测对海底地震监测及海啸预警等领域的灾害探测具有重大意义,光纤振动传感器是实现低频信号检测的有效方式.设计了一类光纤振动信号传感系统的传感光路及相位解调单元,采用基于迈克尔逊干涉仪结构的顺变柱体传感检波器实现对传感系统中振动信号的转换和探测.针对光纤式低频振动信号传感...     

基于LabVIEW的焊接测控系统开发

针对窄间隙旋转电弧焊焊缝跟踪的需要,开发一套测控系统.考虑到该焊接方法的特点和开发的效率、速度要求,采用"数据采集卡 PC机"模式,并选择LabVIEW作为测控系统的开发软件.系统功能主要包括数据采集、信号分析和输出控制.为便于完成有效的电弧传感,系统能灵活设置采样时钟、采样集、各种触发等功能,实现对特定区域的采样.由于需要较高的数据采样率,同时需要并行进行测试和控制,实现了高速数据流并行处理模式.为有效对采集信号进行处理,实现滤波,信号变换以及焊缝偏差检测的算法.为实现有效的控制,系统完成了同步、PWM输出控制、PID控制等功能.程序具有界面友好、高可靠性和好的扩展性,为进一步研究窄间隙旋转电弧焊提供好的实验平台.     

铝合金薄板MIG焊送丝速度优化研究

为了提高轨道交通铝合金车体生产的焊接效率和质量,对铝合金脉冲MIG焊接的送丝速度和焊接速度进行了优化研究。主要通过不同的焊接实验,根据焊接质量等级要求的定义,对焊缝宽度、焊缝截面进行了测定,得出了最优化的焊接送丝速度和焊接速度,达到了提高焊接效率和质量的目标。     

用于TIG焊缝跟踪的表面活性剂对电弧电压的影响

提出一种基于表面活性剂示踪的电弧传感焊缝跟踪方法,该方法能实现I型对接坡口TIG焊缝的焊接.建立电弧信号采集和分析的试验系统,实验研究表面活性剂不同涂覆方式对电弧电压的影响.结果表明,涂覆方式和摆动频率对电压信号影响较大,而焊接电流和涂覆厚度的影响较小.通过电弧摆动和焊缝表面涂覆活性剂的方式,可以得到明显的周期性电压信号,此信号可以用于焊缝跟踪传感.     

高压干法直流正接GMAW熔滴过渡特性

为研究高压环境下的直流正接GMAW熔滴过渡特性,以环境压力、焊接电压及送丝速度为主要变量,采用高速摄像方法得到不同参数下熔滴过渡形式.探讨了各种熔滴过渡形式的分布规律及形成原因.结果表明:环境压力不高、送丝速度低时,熔滴呈现大滴过渡;环境压力不高、送丝速度中等时,低焊接电压易形成短路过渡而高焊接电压易形成大滴过渡;环境压力较高时,主要呈现排斥过渡和短路过渡:电压低时呈现短路过渡,电压升高呈现排斥过渡.结果可为高压干法直流正接GMAW参数选取提供依据.     

自重构的多机器人免疫网络模型及其应用

针对多机器人网络系统存在故障检测与修复、网络重构与修复等问题,提出了自重构的免疫网络模型,将正常的节点表示为自体,将受损的节点或外来非法机器人表示为异体,用重构算法优化受损的系统,用免疫算法消除故障并修复系统.研究了免疫计算技术在多机器人网络系统的应用方法.设计了多机器人免疫网络的免疫算法和网络重构算法,给出了多机器人灭火的应用例子.     

基于FPGA的实时互相关运算器

以光纤传感系统空间定位问题的研究为背景,探讨了互相关算法在大规模现场可编程门阵列(FPGA)的实现方案,设计出流水线操作的互相关运算器,并应用VHDL语言实现了互相关运算器.该互相关运算器在64 MHz的时钟下,能够对二路监测信号进行互相关处理,实时完成128点探测距离的互相关运算,为光纤传感系统的后续空间准确定位奠定了基础.利用大规模的FPGA硬件资源丰富特点,用硬件电路实现互相关运算,有效提高了数据处理速度,实现了数据检测的实时性,有效解决光纤干涉仪传感系统中空间信息稳定实时提取的难题.     

单片机控制的CO2弧焊电源

该系统以MC68HC11A8微控制器为核心,控制焊接程序、焊接电压、送丝速度等焊接参数,具有电源静动特性适应性强,操作自动化程度高等优点。文中详述了系统的电路和控制软件及其工作原理。     

基于滑模控制器的电弧传感焊接机器人轨迹跟踪控制研究

针对电弧传感焊接机器人系统的非完整约束性,建立了机器人运动学模型,通过讨论两后轮为控制输入的电弧传感焊接机器人轨迹跟踪问题,设计了一种滑模控制器,且应用Lyapunov稳定性理论保证了跟踪误差渐近收敛到零.经直线和圆弧2种轨迹跟踪的实验仿真结果,验证了所设计控制器的有效性和正确性.     

双丝间接电弧气体保护焊工艺研究

双丝闯接电弧气体保护焊是一种新的焊接工艺。介绍了使间接电弧双丝焊送丝速度与其熔化速度相等的送丝机构,主要研究了焊丝伸出长度、两焊丝交点与工件间莳距离以及焊接速度等对焊缝成形及其焊接电流、电弧电压的影响。结果表明,随着焊丝伸出长度的增加,焊接电流减小;随两焊丝交点与工件间距离的增加,焊接电流增大,焊缝宽度减小,熔合比降低;随焊速的增加,焊缝宽度减小,熔深减小,熔合比降低。