专利名称：电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于自动跟踪焊接小车的电子差速式驱动装置。
背景技术：
焊接过程中，除要求焊矩实时跟踪焊缝外，还应保证焊炬沿焊缝切线速度不变，以稳定焊接规范。对自动跟踪焊接小车的要求，除了能实现一般的直线行走外，还要能根据焊缝偏转情况适时调整车轮的速度，并且应保持一定的比例关系。
目前，对双轮驱动的焊接小车来说，实现这些功能的方法有限位控制转弯法、数学模型法、实时调节转弯半径法和模糊控制法。限位控制转弯法的原理是当水平跟踪滑块到达特定的位置时，控制焊接小车以固定的半径按相应的方向转弯；数学模型法是根据检测到的数据算出焊道轨迹，控制焊接小车的运动；实时调节转弯半径法的原理是控制系统以固定的频率对反应焊缝轨迹与焊接小车位置关系的模型参数进行检测分析，根据参数按一定的调节规律确定转弯半径；模糊控制法的原理可描述为根据水平调节滑块的位置及动作趋势，判断当前焊缝与焊接小车的相对位置关系，进而确定焊接小车转弯程度的变化。
上述四种方法中，限位控制转弯法和数学模型法调整周期长且不固定，跟踪的准确性不易保证；实时调节转弯半径法虽然误差稍小，但运算工作量较大，实现比较复杂，也不适应于焊缝自动跟踪。针对以上矛盾，我们采用单片机和外部硬件电路，结合PWM控制技术，设计了一种电子差速器，它能根据焊缝偏差信息，适时调整左右两车轮车速以实现跟踪。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电路简单、成本较低、灵敏度和精确度高、可靠性好的电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它包括由左右两轮驱动的焊接小车，焊接小车的左右两驱动轮分别由步进电机驱动，其特征是与表征焊炬与焊缝相对位置特性的电弧传感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM电路，接焊接小车的左右两驱动轮的步进电机。所述差速控制器由D/A芯片输出焊缝偏差信号。所述焊接小车采用无导轨双后轮驱动焊接小车。所述差速控制器由MCS-51系列单片机或196系列单片机构成。所述差速配比器由电子开关构成的选择电路接两路运算放大器构成的运算比较电路接运算放大器构成的放大电路的输出端接PWM电路。
本实用新型通过采用单片机对表征焊炬与焊缝相对位置的特性参数进行软件处理，得出焊缝偏差信息，采用差速配比器电路对焊缝偏差信息进行比较运算，实现对左右车轮的速度重新分配，以保证小车转弯和直线行走时按偏差信息输出受控电压信号，采用PWM电路，根据差速配比器输出的电压信号输出相应的脉冲矩形波，从而对两驱动轮车速进行优化匹配，使得焊接小车的焊缝跟踪过程控制系统结构简单，控制精度高。它主要解决了现有焊接小车自动跟踪时，控制系统结构复杂、控制精度低、成本较高等技术问题。实际焊接工艺试验证明焊接小车跟踪效果好，运行稳定可靠，实用性强。
图1是本实用新型的基本结构示意图。
图2是本实用新型的差速分配器的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型包括由左右两轮驱动的焊接小车，焊接小车的左右两驱动轮分别由步进电机驱动，与表征焊炬与焊缝相对位置特性的传感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM电路，接焊接小车的左右两驱动轮的步进电机，所述焊接小车可采用无导轨双后轮驱动焊接小车。其基本结构可分为3个部分差速控制器，差速配比器和PWM产生电路。所述传感器可采用电弧传感器或摆动式电弧传感器。现参阅图1详细说明本装置的工作原理差速控制器可采用由CPU为89C51的单片计算机构成。它对电弧传感器采样所得的电流信号进行软件处理，得出焊缝偏差信号，包括焊缝的偏折方向及偏折的大小。通过P1.4、P1.5两个端口控制小车是否转弯及转向P1.4控制小车是否需要转弯，P1.5则控制转弯时的方向。其逻辑功能表如下
D/A输出则采用通用的DAC0832芯片，它能输出和焊缝偏角信号大小成线性关系的电压U偏，即U偏＝k0(θ)。
当焊缝偏差信号在一定范围内时，P1.4置高电平，U偏无输出，小车直线前行；当焊缝偏差信号大于该设定范围时，P1.4置低电平，U偏可以输出给差速配比器；同时P1.5输出高低电平用以控制小车转弯的方向。
差速配比器(参考附图2)根据单片机输出的P1.4，P1.5及U偏的信号，输出焊接小车不同行走状态的电压信号，再经过线性放大，输出给PWM电路，其工作原理如下直线行走时在P1.4、P1.5高低电平的控制下，经电子开关IC1使差速控制器D/A的输出电压U偏无法到达运算放大器IC2，此时运放IC2的输入信号为U01、U02，且U01＝U02，U01、U02为一定焊速下，焊接小车直线行走时的设定电压值，在经线性放大器IC3放大后作为PWM电路的输入。其传递函数如下左轮U3＝K2*U1＝K1*K2*U01右轮U4＝K2*U2＝K1*K2*U02(K1、K2分别为运放IC1、IC2的传递系数，K1，K2的大小由电路参数确定，且K2可调)左转弯时小车两轮的速度都应增加，我们采用在直线行走时的电压信号的基础上，按比例叠加D/A输出的U偏。此时，在P1.4、P1.5控制下，U偏可以经IC1到达IC2，并按比例分配到IC2的反向端，和直线行走时的U01、U02作为IC2的输入，再经IC3放大后作为PWM电路的输入。其传递函数如下左轮U3＝K2*U1＝K1*K2*(U01+K3U偏)右轮U4＝K2*U2＝K1*K2*(U01+K4U偏)(K3、K4为左转弯时偏差分配系数，其大小由电路参数确定，且都可调)
右转弯时左右两轮则需减速，在直线行走的基础上按比例减去D/A输出的U偏。在P1.4、P1.5控制下，U偏可以经IC1到达IC2，并按比例分配到IC2的同向端，之后和左转弯类似。其传递函数如下左轮U3＝K2*U1＝K1*K2*(U01-K5U偏)右轮U4＝K2*U2＝K1*K2*(U01-K6U偏)(K5，K6为右转弯时偏差分配系数，其大小由电路参数确定，且都可调)PWM电路则根据差速配比器输出的电压信号输出相应的脉冲矩形波，控制左右轮步进电机的驱动模块，使得左右轮的车速不同，从而完成小车的转弯控制。
本实用新型通过采用单片机和差速配比器电路，结合PWM控制技术，由单片机控制器实时输出焊缝偏差信息，再通过差速配比器电路对两驱动轮车速进行优化匹配，适时调整左右两车轮车速以实现焊缝跟踪。使得焊接小车的焊缝跟踪过程控制系统结构简单，控制精度高，跟踪效果好，运行稳定可靠，实用性强。
权利要求1.一种电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置，它包括由左右两轮驱动的焊接小车，焊接小车的左右两驱动轮分别由步进电机驱动，其特征是与表征焊炬与焊缝相对位置特性的电弧传感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM电路，接焊接小车的左右两驱动轮的步进电机。
2.根据权利要求1所述的电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置，其特征是所述差速控制器由D/A芯片输出焊缝偏差信号。
3.根据权利要求1所述的电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置，其特征是所述焊接小车采用无导轨双后轮驱动焊接小车。
4.根据权利要求1、2或3所述的电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置，其特征是所述差速控制器由MCS-51系列单片机或196系列单片机构成。
5.根据权利要求1所述的电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置，其特征是所述差速配比器由电子开关构成的选择电路接两路运算放大器构成的运算比较电路接运算放大器构成的放大电路的输出端接PWM电路。
专利摘要一种电子差速式自动跟踪焊接小车的驱动装置。它主要是解决现有焊接小车自动跟踪时，控制系统结构复杂、控制精度低、成本较高等技术问题。其技术方案要点是它包括由左右两轮驱动的焊接小车，焊接小车的左右两驱动轮分别由步进电机驱动，与表征焊炬与焊缝相对位置特性的传感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM电路，接焊接小车的左右两驱动轮的步进电机。它通过采用单片机和差速配比器电路，结合PWM控制技术，由单片机控制器实时输出焊缝偏差信息，再通过差速配比器电路对两驱动轮车速进行优化匹配，适时调整左右两车轮车速以实现焊缝跟踪。使得焊接小车的焊缝跟踪过程控制系统结构简单，控制精度高，跟踪效果好，运行稳定可靠，实用性强。
文档编号B23K9/32GK2686792SQ200420035409
公开日2005年3月23日 申请日期2004年3月24日 优先权日2004年3月24日
发明者洪波, 屈岳波, 袁灿, 尹懿, 黄 俊 申请人:湘潭大学