【摘要】：工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速的發(fā)展,覆蓋面越來(lái)越廣�！笆窘�-再現(xiàn)”模式在機(jī)器人焊接作業(yè)中最為常見(jiàn)。為確保這種工作模式能夠被準(zhǔn)確應(yīng)用在以焊接作業(yè)為主的環(huán)境中,需要操作者在焊接前工序工作中完成點(diǎn)焊,以便于工件的準(zhǔn)確定位。由于工件本身具有的形狀和位置偏差,以及其他不可避免的因素如沖壓變形和毛刺等這些都會(huì)帶來(lái)焊接邊緣的定位誤差,使得實(shí)際焊接軌跡與示教軌跡不重合,出現(xiàn)跟蹤偏差問(wèn)題,降低了焊接精度,最終達(dá)不到焊接質(zhì)量要求。一般而言,校正焊接軌跡是提高焊接工件質(zhì)量的前提條件。為此,本文提出在焊接前進(jìn)行工件焊接軌跡的測(cè)量和校正的方法。該方法主要以條紋式激光傳感器作為檢測(cè)手段,并設(shè)計(jì)了基于條紋式激光傳感器的焊縫測(cè)量系統(tǒng)。區(qū)別于一般的焊接機(jī)器人末端,此處需安裝激光傳感器。傳感器檢測(cè)獲取焊縫截面二維幾何信息并提取特征點(diǎn),將這些特征點(diǎn)應(yīng)用NURBS曲線擬合獲得完整的焊縫軌跡。本課題來(lái)源于國(guó)家科技重大專項(xiàng)“五千臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的面向機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)的機(jī)器人開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)工程”(項(xiàng)目編號(hào):2015ZX04005006)和廣東省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“面向數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人集成一體化技術(shù)的研究”(項(xiàng)目編號(hào):2014B090920001)。圍繞著如何在焊接前進(jìn)行工件焊接軌跡的測(cè)量和校正,展開(kāi)對(duì)相關(guān)問(wèn)題的探討。本文內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)部分:研究了激光數(shù)據(jù)的分析處理方法,包括濾波處理和平滑處理兩個(gè)過(guò)程。濾波處理采用的方法是Hampel濾波算法,該算法能找出數(shù)據(jù)中的異常值并將其進(jìn)行剔除。平滑處理采用一階加權(quán)線性最小二乘法。MATLAB中的smooth函數(shù)為平滑處理提供了六種不同的方法,通過(guò)實(shí)例對(duì)比可知,采用其中的一階加權(quán)線性最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理,在不丟失數(shù)據(jù)特征的前提下能較大程度減少數(shù)據(jù)中的噪聲干擾。研究了基于SDP的條紋式激光傳感器與機(jī)器人之間的手眼標(biāo)定方法。建立了激光測(cè)量坐標(biāo)系與機(jī)器人末端坐標(biāo)系之間變換關(guān)系的辨識(shí)模型,并對(duì)該模型采用基于半正定規(guī)劃方法進(jìn)行模型參數(shù)辨識(shí)和物理可行性辨識(shí),得到滿足物理可行性約束條件下的精度較高的標(biāo)定結(jié)果。標(biāo)定結(jié)果驗(yàn)算的平均誤差為-0.2863mm,考慮到測(cè)量過(guò)程中存在的多種誤差,認(rèn)為該結(jié)果能滿足焊接精度要求。研究了基于NURBS曲線的焊縫軌跡擬合算法。從局部和全局兩個(gè)方面對(duì)插值和逼近算法進(jìn)行了研究,研究了全局曲線插值、局部曲線插值、全局曲線逼近和局部曲線逼近四種擬合算法,通過(guò)對(duì)四種算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較,得到適合作為焊縫曲線擬合的算法。設(shè)計(jì)和搭建了一個(gè)8自由度機(jī)器人自動(dòng)焊接平臺(tái)。硬件系統(tǒng)包括安川6自由度焊接機(jī)器人、變位機(jī)構(gòu)和LPS 36HI型條紋式激光傳感器等,控制系統(tǒng)包括安川DX200型控制器和運(yùn)行Windows系統(tǒng)的上位機(jī)軟件模塊。利用該平臺(tái)對(duì)本文理論研究進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三個(gè)方面,包括對(duì)采集的激光數(shù)據(jù)進(jìn)行的濾波和特征點(diǎn)提取算法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,激光傳感器相對(duì)于機(jī)器人末端的SDP標(biāo)定算法實(shí)驗(yàn),焊縫特征點(diǎn)NURBS曲線擬合結(jié)果與分析。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差分析可知,擬合得到的焊縫軌跡平均誤差為0.8mm,滿足焊接精度要求。本文的創(chuàng)新成果有以下三點(diǎn):(1)提出了基于條紋式激光傳感器的焊縫軌跡校正方法。搭建了一個(gè)由激光傳感器、工業(yè)機(jī)器人、變位機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成的測(cè)量系統(tǒng),由機(jī)器人固定傳感器于測(cè)量工件的有效測(cè)量范圍內(nèi),通過(guò)變位機(jī)帶動(dòng)被測(cè)工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫整體特征的測(cè)量。(2)提出了一種根據(jù)焊縫軌跡特征點(diǎn)進(jìn)行NURBS曲線擬合的方法。利用Hampel濾波器剔除數(shù)據(jù)中的異常值,并用一階最小二乘擬合進(jìn)行數(shù)據(jù)的平滑處理,從而提取焊縫特征點(diǎn),并根據(jù)這些特征點(diǎn)進(jìn)行NURBS曲線擬合,獲得完整的焊縫軌跡。(3)提出了一種基于半正定規(guī)劃的模型辨識(shí)及標(biāo)定算法,通過(guò)分析激光測(cè)量坐標(biāo)系與機(jī)器人末端坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立其辨識(shí)模型,并對(duì)該模型采用基于半正定規(guī)劃法進(jìn)行模型參數(shù)辨識(shí)和物理可行性辨識(shí),得到滿足物理可行性約束條件下的精度較高的標(biāo)定結(jié)果。該方法的優(yōu)點(diǎn)是獲得的標(biāo)定結(jié)果能滿足模型的物理可行性約束,即滿足姿態(tài)矩陣兩兩正交的約束條件,辨識(shí)模型具有更高的穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG441.7
【圖文】：

究背景及意義六自由度工業(yè)機(jī)器人鏈接傳感器進(jìn)行焊縫檢測(cè)，設(shè)計(jì)了測(cè)系統(tǒng)。本課題來(lái)源于國(guó)家科技重大專項(xiàng)“五千臺(tái)具自動(dòng)化生產(chǎn)的機(jī)器人開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)工程”（項(xiàng)目編號(hào)：201大專項(xiàng)項(xiàng)目“面向數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人集成一體化技術(shù)的920001）。通�？梢苑譃槿悾喝斯ず附印⒆詣�(dòng)焊接專機(jī)、焊接環(huán)境通常帶有較大的粉塵、強(qiáng)光污染、噪聲、有害氣體且焊接操作對(duì)工人的熟練度和經(jīng)驗(yàn)有較高的要求[2,3]。響，工作年限與其他行業(yè)相比普遍較低，因此焊接工人[4-7]。圖 1-1 展示了焊接工人的工作情景。

圖 1-2 龍門(mén)焊機(jī)作業(yè)情景[8]種焊接工藝相比，焊接機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)作敏捷、定位精性和可靠性強(qiáng)等。由于焊接機(jī)器人具有足夠的自由度，其程也更為靈活，因此焊接機(jī)器人能適應(yīng)多種焊接需求[17-29焊接的方式提供了更多的可能。實(shí)際上，工業(yè)制造領(lǐng)域上半為焊接機(jī)器人，而且機(jī)器人在焊接生產(chǎn)上的應(yīng)用正逐年

圖 1-2 龍門(mén)焊機(jī)作業(yè)情景[8]與上述兩種焊接工藝相比，焊接機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)作敏捷、定位精確，自動(dòng)高、安全性和可靠性強(qiáng)等。由于焊接機(jī)器人具有足夠的自由度，其柔性特征，焊接過(guò)程也更為靈活，因此焊接機(jī)器人能適應(yīng)多種焊接需求[17-29]。機(jī)器人特性也為焊接的方式提供了更多的可能。實(shí)際上，工業(yè)制造領(lǐng)域上所使用的人超過(guò)一半為焊接機(jī)器人，而且機(jī)器人在焊接生產(chǎn)上的應(yīng)用正逐年增長(zhǎng)。圖接機(jī)器人的作業(yè)情景。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉小超;武傳松;;外加能量輔助攪拌摩擦焊技術(shù)的研究進(jìn)展[J];精密成形工程;2015年05期

2 鄧鋼;劉杰;;軌道車輛鋁合金車體焊接現(xiàn)狀及攪拌摩擦焊新技術(shù)應(yīng)用[J];電焊機(jī);2015年06期

3 彭煜祺;;計(jì)算軟件MATLAB及其應(yīng)用淺析[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2015年14期

4 李琳;林炳強(qiáng);鄒焱飚;;基于條紋式激光傳感器的機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)研究[J];中國(guó)激光;2015年05期

5 呂超榮;;焊接機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的研究[J];機(jī)械工程師;2015年05期

6 董云菊;;焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展[J];山東工業(yè)技術(shù);2015年07期

7 張鐵;李波;鄒焱飚;;基于條紋式激光傳感器與機(jī)器人的掃描成像系統(tǒng)[J];紅外與激光工程;2015年01期

8 張鋒;;焊接機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)展分析[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2014年21期

9 王恩浩;;焊接機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];中國(guó)高新技術(shù)企業(yè);2014年17期

10 王田苗;陶永;;我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年09期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 李oっ

本文編號(hào)：2750772