毕业论文-基于DSP的球罐焊接机器人的研究与设计

基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计摘要论文是在研究基于PLC控制的智能焊接机器人的基础之上，提出基于TMS320LF2407DSP控制器的球罐焊接机器人的设计方案。首先阐述了论文设计目的，主要研究内容与总体设计方案，之后分四个主要模块：机器人行走机构模块；机器人跟踪机构模块；机器人摆动机构及焊枪高低调节机构模块；机器人微机控制系统模块分别进行了详细设计，解决了球罐焊接机器人的跟踪精度，位置重复精度，摆幅控制等问题。在完成球罐焊接机器人机械结构设计，控制机构设计，接口电路设计的基础之上，对系统进行了软件编程，调试等程序设计。焊接工艺试验和系统调试表明，所研制的球罐焊接机器人实现了全部预定目标，具有工作快速、稳定、可靠的特点，能顺利实现球罐的全位置自动焊接。本论文的研究具有强烈的工程应用前景和广阔的市场前景，具有十分良好的经济效益和社会效益。关键词：DSP，球罐，焊接机器人，微机控制系统I基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计AbstractInthisthesis,thedesignofsphericaltankweldingrobots,whichisbasedonPLCintelligent-controlledweldingrobotsandTMS320LF2407DSPcontrollerisintroducedandstudied.Firstofall,atthebeginningofthethesis,thepurpose,contentsandwholeplanofmydesignarestatedfollowedbysomebasicintroductions.Secondly,fourpartsinmythesisfollowedlikethat,thattosay,modulesofrobotswalkingmachines;modulesofrobotstrackingmachines;modulesofrobotswavingmachinesandthemodulationsoftheweldingguns.Thirdly,inthepartofintroductionofrobotscomputercontrolling,thedetailsofmydesignarestated.Atthesametime,theproblemssuchastheprecisionsofsphericaltankweldingrobotstracking,positionrepetitionsandwavingrangesaresolved.Atlastbutnotleast,afterthedesignsofsphericaltankweldingrobots,machinecontrollersandelectrocircuitsareconquered,someprogramsaremadeforthesystemsandsometestsarefollowedinordertoseeifthesystemcanruneffectively.Theweldingtechnicalexperimentsandsystemtestsshowthatthesphericaltankweldingrobotachievesallprearrangedaims,andhavethecharacteristicsoffastworking,steadyfunction,andcredibilitysothatitcanfinishallthesphericaltankautoweldingsuccessfully.Thedesignhasabrightandwidemarketinmanyfieldsanditcanbringbothsocialandeconomicbenefitsforthesociety.Sothetrendofthisdesignisbecomingbroad.Keywords:DSP,sphericaltank,weldingrobot,computercontrolsystemII目录第一章前言.11.1选题目的意义及引言.11.2焊接机器人发展概况.11.3机器人焊接技术研究现状.31.3.1焊缝跟踪技术的研究.31.3.2智能传感器和机器人多传感器信息融合技术.41.3.3焊接机器人与周边焊接设备的柔性化集成.41.3.4机器人专用弧焊电源的研究.51.4本项目的设计目的与主要研究内容.5第二章总体设计方案.72.1球罐智能焊接机器人基本技术参数.72.1.1执行机构主要参数.72.1.2控制技术指标.72.2本次毕业设计总体设计方案.7第三章机器人行走机构模块设计.93.1行走机构的选择.93.2行走方式的选择.103.3行走机构模块的组成与功能.103.3.1机构组成与功能.103.3.2行走机构的主要特点.113.4磁轮式行走机构主要技术参数设计计算.113.4.1车体尺寸参数.113.4.2运动参数.123.4.3动力参数.123.5行走机构与焊机各部分的工作关系.123.6行走机构控制模块的设计.133.6.1行走机构控制模块的设计思想.133.6.2交流伺服电机及其驱动器的选择.133.6.3DSP与交流伺服电机驱动器之间的接口电路设计.133.6.4行走机构控制模块程序设计.15第四章机器人跟踪机构模块设计.194.1球罐焊接机器人跟踪系统原理图.194.2球罐智能焊接机器人跟踪系统机构组成与功能.194.2.1CCD光电传感器.204.2.2轨迹实时检测工作流程.224.2.3光电跟踪执行机构.224.2.4光电跟踪工作流程.22I4.3机器人跟踪机构控制模块设计.234.3.1步进电机及其驱动器的选择.234.3.2步进电机与DSP之间的接口电路设计.234.3.3跟踪机构控制模块程序设计.25第五章机器人摆动机构及焊枪高低调节机构模块设计.295.1摆动机构及焊枪高低调节机构机械组成.295.2步进电机的选择.295.2.1步进电机的特点及分类.295.2.2步进电机的工作原理.295.2.3步进电机的选择.305.3.1控制模块与DSP接口电路设计.325.3.2摆心传感器及其电路设计.325.3.3控制模块程序设计.33第六章球罐焊接机器人微机控制系统模块设计.366.1数字信号处理简介.366.2DSP概述.366.3DSP芯片特点.376.4DSP的应用.396.5DSP的优越性.406.5.1数字处理的优点.406.5.2DSP相比MPU（通用微处理器）的优越性.416.6TMS320系列DSP特点.426.7TMS320LF2407芯片的结构和硬件资源.446.8基于DSP的微机控制系统控制结构简介.456.9微机控制系统硬件电路总体框图.466.10微机控制系统软件总体构成和流程图.476.10.1软件总体构成及各程序之间的逻辑关系分析.486.10.2软件程序总体流程图.486.11DSP应用板电路设计.496.11.1EVM板的扩展概况.496.11.2DSP扩展板电路设计.50第七章DSP开发环境CC4.10CCS.557.1CC4.10CCS简介.557.1.1CCS的组成.557.1.2利用CCS的软件开发流程.557.1.3CCS系统配置.557.2CC4.10CCS集成开发环境简介.57第八章技术经济分析报告.598.1经济效益分析.598.2社会效益分析.60第九章小结.61II参考文献.62致谢.65附录.66声明.73III基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计第一章前言1.1选题目的意义及引言基于DSP的球罐焊接机器人的研究目标主要是在研究基于PLC控制的智能焊接机器人的基础之上，提出基于DSP的球罐焊接机器人的设计方案，解决全自动完成球罐主要焊缝的多层焊接过程，包括多层焊接时的二维实时跟踪与分层摆动焊接等智能化技术。其目的是改变目前国内外无论在手工焊接或者机械化焊接球罐时都要依靠焊工密切注视焊缝熔池，不断调节焊枪的传统操作方式。保证焊接质量，降低了劳动强度和施工成本。在一定程度上保证了球罐焊工的人才培养，避免了因工作环境恶劣等引起的人才流失严重问题。实现无导轨全位置焊接球罐焊缝，即机器人无需导轨支持就能由柔性磁轮机构吸附在球罐表面上，沿纵缝与环缝坡口进行全位置自动行走与焊接。改变当前国内外球罐自动焊车均需依靠导轨支持才能在球罐上运行的现状。提高焊接机器人的灵活性，简化了焊前准备工作，提高了生产效率。实现焊接的稳定性，保证了焊接的精度，焊接过程中的数字处理能力得到大幅提升，可靠性得到空前保证1,2。节省导轨的大笔费用(球罐焊车专用的磁吸附式柔性导轨的价格为每米约1万元，以直径15m的球罐计，其导轨的价格近30万元，己超过整套焊接设备的费用)，从而可进一步取得可观的经济效益，提高生产效率，引起了社会广泛的关注。为此，我们以产学研结合的形式合作进行了基于DSP的球罐焊接机器人的研究与设计工作。1.2焊接机器人发展概况机器人技术是近年来新技术发展的重要领域，它不仅在工业上应用愈来愈广，而且在社会服务、海洋开发、宇宙空间、抢险救灾及核工业等领域都大显身手。机器人从应用角度大致可分为两类：一类是工业机器人，另一类是极限作业机器人。工业机器人主要是指点焊、弧焊、喷漆、装配机器人；极限作业机器人主要指水下、宇航及壁面移动机器人。随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。目前，采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊-1基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，受到人们越来越多的重视。在焊接生产中采用机器人技术，可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现小批量产品的焊接自动化3,4。从60年代诞生和发展到现在，焊接机器人的研究经历了示教再现、实时控制的发展过程，随着计算机控制技术的不断进步，焊接机器人正由单一的单机示教再现型向多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展，实现智能化已成为当前焊接机器人的主要发展方向。目前，国内外大量应用的弧焊机器人系统由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制功能，这类弧焊机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格，焊接时缺乏“柔性”，表现出明显的缺点。在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的，如加工和装配上的误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均。为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现空间焊缝的自动实时跟踪，而且还能实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制5。就机器人焊接作业而言，焊接机器人主要解决的问题是运动轨迹控制，而运动轨迹控制的核心问题则是焊缝的跟踪控制技术。在弧焊机器人的各种应用领域，适应能力都是影响焊接质量和焊接效率的最重要因素。弧焊机器人的适应能力即采用从焊接工件检测到的传感器的输入信号实时控制和修正机器人的操作，以适应变化了的焊接条件和环境。在焊缝的跟踪控制方面，瑞典和美国公司曾先后研制出激光扫描和结构光视觉传感器用于焊缝跟踪系统。国内哈工大的吕伟新、张炯博士研制了基于激光扫描和高性能线阵CCD敏感器的视觉系统，实现实时视觉控制。近几年，随着微电子技术的大力发展，以PC机为代表的计算机软硬件也得到了空前的发展，制造业也以建立FMS为目标，向“开放的工厂自动化”方向发展。为顺应这一趋势，在焊缝跟踪控制系统中弧焊机器人的控制器必须由专用的控制器向基于PC机的开放通用型控制器过渡。PC机与焊接机器人的结合应用，不但能够解决了专用控制器计算负担重、实时性差等问题，同时能够将其他领域如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等先进的研究成果应用到该系统的实时操作中。另外，PC机具有良好的开放性、安全性和联网性、标准的实时多任务操作系统、标准的总-2基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计论(AdaptiveResonanceTheory)神经网络的焊缝跟踪算法，即把焊缝横截面方向上的灰度分布归为若干种空间模式，并使之记忆在ART神经网络中，在实际焊接中获取的图象空间模式与之进行匹配程度模式与之进行匹配程度检测，根据模式分布情况确定出焊炬与焊缝中心的偏差，以此偏差为模糊变量设计了自调整PID模糊控制器。天津大学研制了一种非接触超声传感埋弧焊焊缝跟踪系统，通过计算传感器从发射到接收的声程时间可以得到传感器与焊件之间的垂直距离，从而进行控制。华北石油管理局为了提高厚壁管的焊接效率、完成自动跟踪纠偏，利用CCD面阵摄像机作为前面焊缝检测传感器，STD工控机作图像数字处理、识别、确定焊缝位置，并抑制焊头移动机构来实现焊缝在线自动跟踪实时纠偏。1.3.2智能传感器和机器人多传感器信息融合技术基本传感器仅是一个信号变换元件，随着智能化技术的出现，也就出现了其内部具有对信号进行某些特定处理的传感器，即智能传感器。传感器智能化的发展得利于电子电路的集成化，高集成度的处理器件使得传感器能够具备传感系统的部分信息加工能力。在弧焊机器人传感技术的研究中，电弧传感器和光学传感器占有突出地位。电弧传感器是从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号，实时性好，不需要在焊枪上附加任何装置，焊枪运动的灵活性和可达性最好，尤其符合焊接过程低成本自动化的要求。在多种光学传感器的尤其以视觉传感器最引人注目，由于视觉传感器所获得的信息最大，结合计算机视觉和图像处理最新技术成果，可增强弧焊机器人的外部适应能力。特别是近几年以模糊控制技术和人工神经网络为主的智能控制技术在传感器研究中的应用，大力推动了传感器智能化的发展。机器人系统中使用的传感器种类和数量越来越多。为有效地利用这些传感器的信息，需要对不同信息进行综合处理，从多种传感器信息中获取单一传感器不具备的新功能和新特点29,41,44。1.3.3焊接机器人与周边焊接设备的柔性化集成随着机器人控制技术的发展和焊接机器人应用范围的扩大，尤其为适应现代产品更新换代快和多品种小批量的需要，要求焊接机器人与变位机、弧焊电源等周边设备实现柔性化集成。在焊接过程中，焊接机器人与周边设备的柔性化协调控制，有助于减少辅助时间，是提高生产效率的关键之一。在球形或椭球形工件的径向焊缝、马鞍形焊缝或复杂形状工件的周边的卷边接头等状态下焊接时，为了使整条焊-4基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计缝在焊接时都能使熔池水平或稍微下坡状态，焊接时变位机必须不断地变换工件位置和姿态27,28。即变位机在焊接过程中不是静止不动的，而是要做相应的协调运动。弧焊电源和工装夹具等也要在机器人统一控制下做相应的协调运动，才能保证整个系统高效率、高质量地工作1,6。1.3.4机器人专用弧焊电源的研究在弧焊机器人的设计、研究工作中只把注意力放在机器人本体或焊接操作系统方面的研究是不够的。焊接系统包括点焊和弧焊系统，其核心是焊接电源及执行机构。同样，它在弧焊机器人的焊接工艺中也有极其重要的作用。只有研制出电器性能良好的专用弧焊电源，才能充分发挥焊接机器人高效优质的优势。近几年来，电子技术特别是计算机技术和控制技术的发展，为我们在弧焊机器人专用弧焊电源研究方面开辟了广阔天地。弧焊机器人在焊接过程中为了得到稳定性和高质量的焊接效果，需借助微处理机和反馈控制系统进行精密的闭环控制，包括对电源的静、动特性的无级控制等，优化静特性的斜率或在短弧焊和脉冲焊时优化电流、陡度及短路电流上升速度30。总之，近年来，弧焊逆变器的技术已趋于成熟，机器人用的专用弧焊电源大多为单片微机控制的晶体管式IGBT式弧焊逆变器，并配以精细的波形控制和模糊控制技术18。1.4本项目的设计目的与主要研究内容随着石油、天然气、化工等工业的迅速发展与现代化,一方面球罐焊接的工作量与日俱增,另一方面对球罐焊接质量、焊口寿命等要素的要求也在不断提高。为了提高球罐焊接的质量和焊接效率，改善我国自动化焊接装置依靠进口的现状，我们急需研究开发具有我国自主知识产权的智能化焊接设备31。目前国内外自动化球罐焊接设备仅仅达到了机械化焊接生产水平，其焊接过程还要依靠焊工来紧盯焊缝熔池，无论其劳动强度还是焊接质量都有待提高，而且大部分自动焊接设备售价都很高，不是国内所有企都能承担得了的，因此，我们提出基于DSP的全位置自动焊接机器人，该机器人拆装方便，性能稳定，工作可靠，焊接精度高，并且售价便宜，具有很广阔的市场和开发前景5,43。本次毕业设计课题：基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计主要设计目的为：-5基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计（1）使我国的石油天然气输送与储存球罐工业自动化程度得到进一步的提高，从而加快相关行建设业的发展，同时也为了提高球罐焊接效率、提高球罐焊接质量，降低焊接工人的劳动强度、改善野外施工作业的工作条件，改变目前国内外焊接工业中依靠焊工密切注视焊缝溶池来调整焊枪姿势的操作方式9。（2）综合运用所学过的知识，通过对本课题项目的设计研究，来培养我们的分析计算能力，计算机应用能力，机械制图能力和设计创新能力，通过查阅相关资料文献，来提出我们自己的设计思路，确定我们自己的设计方案，能够综合运用以前所学过的机电系统知识，来设计出我们自己的机电系统产品焊接机器人。（3）针对当前大口径球罐焊接中存在的普遍问题，提出这种基于DSP的焊接机器人系统。主要克服球罐焊接中机器人行走不稳定，控制复杂，焊接过程中依靠人工监控等问题焊接中存在的普遍问题。（4）使焊接过程的数据处理快速，有效，准确，连续，以实现焊接的稳定性，快速性，准确性，连续性，保证焊接作业的持续稳定进行，得到满意的焊接质量。本毕业设计课题设计研究的主要内容有以下几个方面：1、首先对微机控制系统的核心DSP应用板进行设计并进行软件编程，程序调试。综合微机控制系统性能要求和待选芯片的资源及运算速度等各方面因素选择合理微控制器，然后以微控制器为核心，根据微机控制系统具体性能要求，设计DSP应用板及进行软件编程，程序调试。2、球罐接机器人行走机构模块的研究。由焊接机器人行走机构的性能要求提出设计思想，并进行模块硬件电路设计和软件设计，该部分研究的关键问题是行走机构行走的均匀性、左、右两侧磁轮的同步，以及实现前进后退的方法等。3、球罐焊接机器人跟踪机构模块的研究。由焊接机器人跟踪机构的性能要求提出设计思想，并进行跟踪机构模块硬件电路设计和软件设计，该部分内容研究的关键问题是跟踪机构闭环系统的建立以及跟踪传感器的研制和跟踪过程的快速性和稳定性问题11；4、球罐焊接机器人摆动机构模块的研究。由焊接机器人摆动机构的性能要求提出设计思想，并进行摆动机构模块硬件电路设计和软件设计，该部分内容研究的关键问题是各种焊接方式的实现方法，摆速、摆幅、左右滞时的实现方法，以及焊枪摆动位置精度控制方法等10,45。-6基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计第二章总体设计方案2.1球罐智能焊接机器人基本技术参数2.1.1执行机构主要参数车速（机器人行走速度）：080cm/min焊枪摆动速度范围：0200cm/min摆动幅度：25mm摆动滞时左右范围：03sec焊车质量:28kg电源电压：220V，50HZ焊枪高度调节：40mm功率：1.0KW球罐最小直径：6m焊件钢种：碳钢低合金钢2.1.2控制技术指标位移控制精度（左右）：0.1mm位移控制精度（高低）：0.5mm2.2本次毕业设计总体设计方案由于本次设计项目研究的主要内容分为四个方面，相应的设计方案也分为四个部分进行，分别为：（1）球罐焊接机器人行走机构包括左右两组磁轮、主板、十字链轴式连接机构与交流伺服电机驱动机构。此机构的各个磁轮在X、Y方向上有一定的自由度，能保证各磁轮与管道表面紧密接触，磁力稳定可靠。柔性磁轮机构由左右两个交流伺服电机驱动机构实现四轮驱动，在球罐表面沿周向自由平稳爬行，左右两侧磁轮可实现同步前进、同步后退等运行方式，设计焊车速度为080cm/min。（2）球罐焊接机器人跟踪机构该机构由CCD光电传感器与一个步进电机驱动的横向滑块机构组成，在焊接过程中系统通过CCD光电传感器识别在球罐周向表面的焊接破口平性线，由滑块带动焊枪左右随动，进行长度方向上的焊缝自动跟踪。CCD传感器的识别精度为0.03mm，设计轨迹跟踪精度为0.5mm。（3）球罐焊接机器人摆动机构及焊枪高低调节机构摆动机构主要由一个摆动中心传感器、一个步进电机驱动的滑块机构及焊枪夹持机构组成。滑台的有效行程为50mm，设计焊枪的摆幅为40mm，摆速为-7基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计0200cm/min。摆心传感器和控制算法相结合可使摆动机构摆动的位置重复精度达0.02mm10。焊枪高低调节机构主要由一个步进电机驱动的滑块机构组成，该机构用于在高、低方向上调节焊枪，设计最大高度调节范围为25mm,位置精度为0.003mm。（4）球罐焊接机器人微机控制系统主要由TMS320LF240XDSP组成的EVM板和根据论文要求而开发的扩展板及相关电路组成。其中EVM板是一个为了对TMS320LF2407芯片各项性能进行评估而设计的电路板，扩展板是根据论文所研究的球罐焊接机器人微机控制系统性能要求而开发的电路板。l爬行机器人底板2前CCD传感器3控制箱4横向跟踪机构5纵向跟踪机构6减速机构7高低传感器8焊枪9后CCD传感器l0摆动机构11磁轮图21球罐焊接机器人示意图-8基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计第三章机器人行走机构模块设计3.1行走机构的选择球罐焊接机器人须具备两个基本功能：吸附功能和移动功能。球罐焊接机器人按照吸附方式可分为空气吸附和磁吸附两种；按照移动方式可分为轮式、履带式和步行式三种。表31和表32分别比较了不同的吸附方式和不同的移动方式的球罐焊接机器人的性能优缺点。表31不同吸附方式球罐焊接机器人的比较吸附空气吸附磁吸附方式真空式喷射式永磁式电磁式优点无需额外的供可获取高真空，壁无需外部能量，吸附吸附力大小可控，气和抽气装置面适应性强可靠，壁面适应性强脱附容易缺点吸附力小，壁面需抽气设备，吸附只适合导磁性壁面，只适合导磁性壁适应性差力小，噪音大吸附力不可变面，吸附力不可靠从吸附力大小角度而言，履带式行走方式较好，但由于一般的行走履带当机器人处于倒立位置时会产生所谓“垂吊”现象，如欲采用防“垂吊”的履带结构，其机械设计和加工制造往往非常复杂，故一般很少采用，在此我们选用了磁性轮式结构。尽管磁轮与球面的接触面积较少，但通过采用新型磁性材料，加之合理的结构设计，实践证明，磁轮的磁力完全能够满足要求，且行走结构简单，行走平稳。表32不同移动方式球罐焊接机器人比较移动方式轮式履带式步行式优点移动速度快，转向性着地面积大，壁面适壁面适应能力强，可好应能力强跨越台阶缺点着地面积小，壁面适转向性差运动间歇大，速度慢应性差-9基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计图31为磁轮的结构示意图，磁轮由刚套和铜套固定于中心。当磁轮与钢板接触时，钢板即构成闭和导磁通路，产生很大的磁力即吸附力。图31磁轮结构示意图3.2行走方式的选择爬行小车不但要承载机器人本体于球面上行走，同时还要不断调整行走方向，以实现焊接跟踪。在此选用横跨式四轮行走方式，两侧单独由电动机通过减速器进行驱动，依靠两侧电动机的转速差实现车体转向而达到爬行小车沿线行走的目的。为了增大吸附力和爬坡能力，四只行走轮均为磁轮且均为主动轮。每侧的两只磁轮与减速器、电动机做成一体结构，通过转轴与支撑杆相连，当其于球面上行走遇有不规则表面或障碍时，即可自行调整角度，始终能够与球面保持良好的接触，保证有最大的吸附力。3.3行走机构模块的组成与功能3.3.1机构组成与功能磁轮式行走机构的结构组成情况如图32所示。磁吸式全位置自行机构(简称磁轮式行走机构)，包括左右二组磁轮、行走机构车体主板磁轮角度调节机构、柔性机构与直流电机驱动机构。组成了一个柔性磁吸式轮系机构，此机构的各个磁轮在X、Y方向上有一定的自由度，能保证各磁轮与球罐表面紧密接触，磁力稳定可靠。此机构由左右二个直流电机驱动机构实现四轮驱动，在球罐表面的各种空间位置都能稳定爬行，包括前进、后退、拐弯等各种运行方式。焊车速度为0-80cm/min8,26。-10基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计图32磁吸式行走机构简图1-行走机构车体主板2-磁轮角度调节机构3-柔性机构3.3.2行走机构的主要特点(a).采用行车式结构车体左右各有一对磁轮，每对磁轮各由直流电动机通过减速器驱动。通过调节左右磁轮的相对速度可以使焊机在球罐表面直走或拐弯，这样焊机可以灵活地在球罐上焊接纵缝、环缝及其它空间位置焊缝。(b).采用磁轮角度调节机构与柔性机构在球罐直径不同时，在球罐外侧焊接时或内侧焊接时等各种情况下，通过机构2调节磁轮角度，就可保证磁轮与球嫩表面接触良好.吸力可靠。机构3使磁轮机构有一定的弹性，从而有一定的适应工作表面突起不平等障碍的能力9,34。(c).行走机构车体主板是焊机其它各部分的载体此机构与机器人其它部件的连结关系为:行走机构的车体主板l与前CCD传感器固定连接，同时与焊枪调整执行机构、焊枪高度跟踪传感器以及焊枪摆动机构等装置通过底座固定连接。3.4磁轮式行走机构主要技术参数设计计算3.4.1车体尺寸参数车体由左右侧板及主板构成，全长827mm，前后距离为450mm。可焊球罐最小直径为10mm。可焊球罐最小壁厚为8mm。-11基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计3.4.2运动参数车体左、右两侧磁轮分别由左、右侧直流电动机单独驱动，而每侧前、后面磁轮通过减速器由该侧电动机一体(或同时)驱动，减速器的减速比为n=2000,直流电动机额定转速1=7000r/min，磁轮直径D=70mm，则爬行机构的额定行走速度V为35：V=*D*/n=7000*70*/2000=769mm/min=13mm/s3.4.3动力参数拟定直流电动机额定功率P1=75W，减速器功率传递系数(效率)=0.09则每侧磁轮输出的功率P2为：P2=P1*=75*0.09=6.75W每侧磁轮输出的额定转矩T2为:T2=9550*P2/2其中，2为磁轮的额定转速。2=1/n，则：T2=9550*P2*n/1=9550*6.75*2000/(7000*1000)=18.418Nm两侧磁轮(四个)共同输出的转矩设为T2，则T2=2T2=18.418*2=36.836Nm当爬行机构匀速垂直上升行走时，可带动的总重量W为:W=2T2/D=2*36.836/0.07=1052.457N=107.394kg3.5行走机构与焊机各部分的工作关系当行走机构由电机驱动在球罐表面上爬行时，由前CCD传感器实时检测与跟踪线条的偏差，由左右磁轮转速差实现车体的跟踪调节，保证车体实时跟踪线条即焊缝。由于前CCD传感器与焊枪分别置于车体的前、后，故当车体跟踪调节时，必然引起焊枪的横向甩尾.从而使焊枪偏离中心位置。为克服焊枪甩尾现象，加装了横向滑块机构.。焊枪甩尾时，由后CCD传感器检侧此偏差，再由横向滑块机构进行焊枪位置的调整7,16。焊接时，当遇有球面不规则的高低不平时，由高低传感器检侧高低变化，再由纵向滑块机构进行调节，使焊枪的高度随球面的高低变化而变化.从而使焊枪距球面的距离保持恒定。-12基于DSP的球罐焊接机器人研究与设计3.6行走机构控制模块的设计3.6.1行走机构控制模块的设计思想两侧电机同时采用一个车速电位器进行速度控制，并采用光电码盘实现速度负反馈，解决左右两侧电机同步问题；两侧电机同时正转实现前进，反转实现后退。3.6.2交流伺服电机及其驱动器的选择直流无刷电机的出现是电动机技术的巨大进步，它取消了电刷和换向器，消除了故障及不可