本文關(guān)鍵詞：視覺引導(dǎo)的焊接機(jī)器人焊縫跟蹤控制技術(shù)的研究與開發(fā)

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【摘要】：隨著計算機(jī)、人工智能等科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場對焊接技術(shù)的自動化、智能化水平的要求不斷增加。為了提高工廠作業(yè)效率、提高焊接作業(yè)質(zhì)量，結(jié)構(gòu)光視覺被拿來解決焊接機(jī)器人對焊縫的自動跟蹤問題。結(jié)構(gòu)光視覺引導(dǎo)機(jī)器人焊縫跟蹤控制，是機(jī)器人根據(jù)結(jié)構(gòu)光視覺對焊縫進(jìn)行感知，自行預(yù)測規(guī)劃出精準(zhǔn)的焊槍軌跡，在伺服控制下高效完成焊接作業(yè)。而焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動焊接的重要環(huán)節(jié)包括通過視覺引導(dǎo)進(jìn)行焊縫初始點(diǎn)自動識別定位以及焊縫的自動跟蹤控制。 針對機(jī)器人滑�？刂浦写嬖诘挠奢^大初始位置偏差導(dǎo)致的大力矩和速度跳變問題，提出雙模糊自適應(yīng)滑�？刂扑惴�。采用一自適應(yīng)模糊控制器，根據(jù)滑模到達(dá)條件對滑模切換增益進(jìn)行估算，消除滑�？刂浦休敵隽氐亩墩瘳F(xiàn)象，增強(qiáng)其對不確定性因素的適應(yīng)能力；采用另一自適應(yīng)模糊控制器對調(diào)整控制系數(shù)進(jìn)行修正。實(shí)驗(yàn)表明，此方法改善了由于較大初始位置產(chǎn)生的偏差而導(dǎo)致的大力矩和速度跳變問題。 針對結(jié)構(gòu)光視覺通過圖像處理無法獲取焊縫初始點(diǎn)的三維信息而無法實(shí)現(xiàn)初始點(diǎn)自動定位的問題，提出采用激光條掃描焊縫的方法自動識別定位初始點(diǎn)。將焊縫點(diǎn)切線方向作為機(jī)器人平移方向，分為粗掃描階段和細(xì)掃描階段，在提高掃描速度的同時增加初始點(diǎn)定位精度；同時在平移過程中通過上下層結(jié)構(gòu)的模糊控制器控制末端軸旋轉(zhuǎn)，保證焊縫點(diǎn)的圖像坐標(biāo)在期望圖像坐標(biāo)的可接受范圍內(nèi)，同時確保焊縫方向與激光條所成角度接近90度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以快速精確的定位到焊縫初始點(diǎn)，并保證焊縫圖像的連續(xù)。 針對視覺跟蹤與焊接機(jī)器人位姿調(diào)整之間的不協(xié)調(diào)問題，提出將焊接機(jī)器人運(yùn)動分解為旋轉(zhuǎn)部分和平移部分的策略。平移運(yùn)動保證焊槍精度，旋轉(zhuǎn)保證焊接機(jī)器人姿態(tài)良好；用視覺伺服控制反饋視覺圖像，結(jié)和焊槍坐標(biāo)系建模方法，獲得機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)量，實(shí)時調(diào)整機(jī)器人位姿。實(shí)驗(yàn)表明，該策略在不影響焊縫跟蹤精度的情況下，提高焊縫跟蹤位姿柔順程度與跟蹤的連續(xù)性。 最后，采用延遲跟蹤策略，對給定焊縫進(jìn)行跟蹤。在VS2010平臺下編寫控制程序，實(shí)驗(yàn)證明，，焊槍可自動定位到焊縫初始點(diǎn)，并對焊縫自動跟蹤；跟蹤過程中實(shí)時調(diào)整位姿，可獲得連續(xù)圖像，確保跟蹤完成；確保焊槍精確地跟蹤焊縫。
【關(guān)鍵詞】：焊接機(jī)器人 位姿調(diào)整 初始點(diǎn)識別 焊縫跟蹤 視覺伺服控制
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP242;TG409
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 課題研究的背景及意義7-8
• 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)8-13
• 1.2.1 焊接機(jī)器人研究動態(tài)8-9
• 1.2.2 機(jī)器人控制算法動態(tài)9-10
• 1.2.3 視覺伺服控制動態(tài)10-11
• 1.2.4 曲線焊縫跟蹤動態(tài)11-13
• 1.3 課題的研究內(nèi)容13-15
• 第二章 視覺引導(dǎo)焊接機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型15-26
• 2.1 視覺引導(dǎo)焊接機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2 激光視覺傳感器三維測量模型16-20
• 2.2.1 相機(jī)模型16-18
• 2.2.2 結(jié)構(gòu)光線面測量模型18-20
• 2.3 手眼運(yùn)動模型20-21
• 2.4 視覺引導(dǎo)機(jī)器人數(shù)學(xué)模型21-22
• 2.5 機(jī)器人動力學(xué)模型22-25
• 2.5.1 重力矩計算及簡化22-24
• 2.5.2 慣性力矩計算及簡化24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 第三章 焊接機(jī)器人運(yùn)動控制算法26-36
• 3.1 空間 n 關(guān)節(jié)機(jī)器人動力學(xué)模型26-27
• 3.2 雙模糊自適應(yīng)滑�？刂�27-31
• 3.2.1 滑�？刂破髟O(shè)計27-28
• 3.2.2 調(diào)整控制系數(shù)調(diào)整28
• 3.2.3 滑模增益自適應(yīng)調(diào)整28-30
• 3.2.4 穩(wěn)定性證明30-31
• 3.3 實(shí)驗(yàn)測試與分析31-35
• 3.3.1 二關(guān)節(jié)機(jī)器人模型仿真31-33
• 3.3.2 SCARA 機(jī)器人模型仿真33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 焊接機(jī)器人初始焊縫點(diǎn)識別與定位36-42
• 4.1 圖像處理方法初始點(diǎn)識別36-38
• 4.1.1 邊緣線相交定位起始焊位36-37
• 4.1.2 初始點(diǎn)角點(diǎn)精確定位37-38
• 4.2 結(jié)構(gòu)光掃描方法初始點(diǎn)識別38-40
• 4.2.1 識別流程38-39
• 4.2.2 機(jī)器人末端軸旋轉(zhuǎn)角計算39-40
• 4.2.3 初始點(diǎn)識別定位結(jié)果40
• 4.3 本章小結(jié)40-42
• 第五章 焊縫的視覺伺服控制42-55
• 5.1 機(jī)器人期望位姿的數(shù)學(xué)計算43-45
• 5.1.1 機(jī)器人調(diào)整旋轉(zhuǎn)矩陣計算43-44
• 5.1.2 機(jī)器人期望位姿計算44-45
• 5.2 直線焊縫的視覺伺服控制器設(shè)計45-48
• 5.2.1 機(jī)器人混合視覺伺服控制模型45-46
• 5.2.2 圖像 Jacobian 矩陣46-48
• 5.3 曲線焊縫的視覺伺服控制器設(shè)計48-50
• 5.3.1 模糊控制器的基本架構(gòu)49-50
• 5.3.2 機(jī)器人末端運(yùn)動量計算50
• 5.4 實(shí)驗(yàn)測試與分析50-54
• 5.4.1 直線焊縫跟蹤51-52
• 5.4.2 曲線焊縫跟蹤過程焊槍姿態(tài)調(diào)整仿真52-54
• 5.4.3 焊縫點(diǎn)圖像特征的像素坐標(biāo)54
• 5.5 本章小結(jié)54-55
• 第六章 視覺引導(dǎo)焊縫跟蹤控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)55-63
• 6.1 視覺引導(dǎo)焊縫跟蹤控制系統(tǒng)的建立55-56
• 6.2 焊縫跟蹤實(shí)驗(yàn)56-61
• 6.2.1 曲線焊縫自動跟蹤流程56-57
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果57-61
• 6.3 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論與展望63-65
• 主要總結(jié)63
• 展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 附錄: 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：521417