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针对造船厂中存在的大量大型结构焊接,本文基于龙门架平台开发了一种基于旋转电弧传感器的5自由度焊接机器人。此机器人具有工作范围大,特别适合对大型焊件进行焊接作业。该焊接机器人采用旋转电弧传感器探测和跟踪焊缝,旋转电弧传感器是一种实时焊缝跟踪传感器,相较于视觉传感器等外置焊缝传感器,它具有无前置误差、不受弧光和飞溅干扰等优点。因此研制一种基于旋转电弧传感龙门式焊接机器人应用于造船业等行业中,对提高我国造船业的自动化焊接水平具有重要意义。本文主要围绕着机器人硬件系统的搭建、旋转电弧传感器对角焊缝的跟踪、以及机器人轨迹规划和运动控制等相关技术进行研究。机器人硬件系统主要由龙门架移动平台、焊炬摆动机构、旋转电弧焊炬和机器人控制系统组成。本文设计了焊炬摆动机构和焊炬连接板等机构。机器人控制系统采用基于PC104总线的嵌入式控制系统,该系统具有运动控制、信号采集和处理等功能。设计和优化了相关的硬件电路,减少了电路之间的飞线,提高了系统的抗干扰性和稳定性。研究了旋转电弧传感器的基本原理,在前人的基础上设计了信号滤波器,利用最小二乘法对滤波后电流信号拟合为直线,该直线斜率代表了焊缝偏差。建立了旋转电弧焊炬高度的几何模型,通过对此模型的研究,利用最小二乘法对一个焊炬旋转周期内的前后两半周期的焊接电流分别进行拟合,得到了焊炬在存在倾角时对焊缝偏差的识别方法,即两条直线的斜率的平均值代表了偏差。此外,本文设计了模糊控制器,采用此模糊控制器控制机器人跟踪焊缝。最后,对格子形船舱中的格子形角焊缝进行了研究,将其分为直线角焊缝、90°折线角焊缝。建立了焊接机器人的运动学方程,完成了对焊炬位置姿态的描述,设定了焊件的工件坐标系和焊炬原点,完成了焊接机器人对90°折线角焊缝轨迹规划,利用旋转电弧传感器对直角点的识别,将机器人对90°折线角焊缝的焊接分为两段直线角焊缝的焊接,保证了焊接到角点处焊缝。通过实验,完成了90°折线角焊缝的焊接,验证了焊接机器人对格子形船舱焊接的可行性。