随着经济的高速发展,产业技术的不断进步,智能化、信息化及其数字化是焊接过程高度自动化的发展趋势。现代造船、石油、化工以及航天等工业的发展,重要的大型结构件应用越来越多,其中有大量的焊接工作是必须在现场完成的,这些大型焊接结构件的焊接,要完全依靠工人手工作业或者传统的固定式机器人已无法满足要求。所以研究在这种特殊作业环境中具有轨迹跟踪功能的的移动焊接机器人,有着广阔的应用前景。本课题的目的是实现基于反演算法的格子型构件焊缝轨迹的跟踪控制仿真。首先选取适合格子型构件焊缝轨迹跟踪的最佳拓扑结构,建立移动焊接机器人的运动学模型:采用驱动轮在中线左右,导向轮在前后放置的结构,同时把十字滑块安装在驱动轮轴线中心,焊炬点处于驱动轮轴线的延长线上。这样的结构使得驱动轮、车体参考点和焊炬点处在同一直线上,位置关系简单明确,便于运算。然后引入虚拟样机技术,在ADAMS软件中建立移动焊接机器人虚拟样机模型,明确机器人各个构件的作用、准确地定义机器人各个构件之间的关系;并完全还原模型的结构特点、材质因素、相关力学性能和仿真运行环境,对模型进行运动学仿真。本文为简化模型,使十字滑架与机器人车体固定,在此前提下,分别对直线焊缝和曲线焊缝进行了运动学仿真,验证了模型的正确性。为控制算法的确立奠定了基础。本文中采用的是反演控制算法,其基本思想是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后为每个子系统分别设计Lyapunov函数和中间虚拟控制量,一直“后退”到整个系统,直到完成整个控制律的设计。结合反演控制原理和移动焊接机器人运动学模型,设计移动焊接机器人的反演控制器。最后采用ADAMS和MATLAB的软件组合,对设计的轮式机器人进行联合控制仿真。尝试了一种机械系统和控制系统共用一个模型的仿真方法,将在ADAMS环境下建立的移动焊接机器人模型,作为MATLAB的控制系统模型中的对象模型模块,采用新设计的移动焊接机器人的反演控制器,进行联合仿真。本文分别对直线y=x、曲线x 2 + y2=4502进行了运动控制仿真,仿真结果表明,跟踪轨迹基本收敛于期望轨迹,反演控制算法能够取得良好的轨迹跟踪效果。