發(fā)布時(shí)間：2017-09-14 19:02

  本文關(guān)鍵詞：基于視覺(jué)的弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)控制研究

  更多相關(guān)文章： CCD攝像機(jī) 視覺(jué)傳感 焊縫跟蹤 模糊免疫PID

【摘要】：隨著視覺(jué)技術(shù)及控制技術(shù)的進(jìn)步,弧焊機(jī)器人的智能化程度越來(lái)越高,且弧焊機(jī)器人空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜,機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)自由度多,不僅要求各關(guān)節(jié)不斷調(diào)節(jié)焊縫與焊炬之間的偏差,而且要適時(shí)調(diào)節(jié)焊槍的相對(duì)位姿,以使弧焊機(jī)器人具備自動(dòng)跟蹤、自主規(guī)劃的能力。因此,研究基于視覺(jué)的弧焊機(jī)器人焊縫自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)具有重要意義。本文主要理論來(lái)源和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取均是以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的IRB1400型弧焊機(jī)器人為研究對(duì)象所獲得,在廣西科技廳基金項(xiàng)目(0728224)的支持下開(kāi)始實(shí)驗(yàn),主要研究?jī)?nèi)容有:(1)焊縫跟蹤系統(tǒng)的搭建。本跟蹤系統(tǒng)主要由工業(yè)機(jī)器人和焊縫旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)塊及CCD攝像機(jī)組成。(2)建立工業(yè)機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)IRB1400工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的分析,并根據(jù)其已知的關(guān)節(jié)角和連桿參數(shù)求解IRB1400工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的相對(duì)位姿。(3)對(duì)視覺(jué)伺服跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在保證IRB1400型工業(yè)機(jī)器人的工作角和行走角不變的條件下,研究焊件、焊炬及CCD攝像機(jī)之間相對(duì)坐標(biāo)的位置姿態(tài)變換關(guān)系。(4)對(duì)焊縫跟蹤系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行研究。研究出最優(yōu)的控制算法并對(duì)視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行控制,并通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真試驗(yàn)。(5)對(duì)基于視覺(jué)的焊縫跟蹤系統(tǒng)跟蹤控制誤差進(jìn)行研究。確定跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用的邊界條件,并通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真試驗(yàn)。本文在控制算法上提出了免疫模糊PID算法,將視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)所得到焊縫信息三點(diǎn)中心偏差作為免疫原,將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角作為抗體,對(duì)跟蹤過(guò)程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果說(shuō)明跟蹤系統(tǒng)能快速跟蹤焊縫,且系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性能均比較好,并且適用范圍比較廣。最后本文對(duì)視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)的跟蹤控制誤差進(jìn)行了分析,并以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的行走角和工作角為依據(jù),深入分析了焊炬姿態(tài)誤差,提取了姿態(tài)誤差的數(shù)學(xué)模型,然后用MATLAB對(duì)此進(jìn)行仿真。結(jié)果表明,當(dāng)像素位置小于80mm的時(shí)侯,焊縫跟蹤系統(tǒng)控制的精度能達(dá)到焊縫跟蹤的目的。由此研究了跟蹤系統(tǒng)的自糾誤差特性,提出了焊炬姿態(tài)誤差取決于實(shí)際焊縫軌跡與焊炬末端實(shí)際軌跡之間的偏差的觀點(diǎn),并以此作為焊縫跟蹤系統(tǒng)跟蹤控制的邊界條件。
【關(guān)鍵詞】：CCD攝像機(jī) 視覺(jué)傳感 焊縫跟蹤 模糊免疫PID
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG441.7;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 綜述8-14
• 1.1 研究的意義8
• 1.2 焊縫跟蹤系統(tǒng)控制技術(shù)研究進(jìn)展8-9
• 1.3 焊縫跟蹤中的視覺(jué)傳感技術(shù)9-10
• 1.4 弧焊機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的控制10-11
• 1.4.1 弧焊機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10-11
• 1.4.2 弧焊機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的不足11
• 1.5 弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)控制算法綜述11-12
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容12-14
• 第2章 基于視覺(jué)控制的焊縫跟蹤系統(tǒng)的搭建14-18
• 2.1 引言14
• 2.2 焊縫跟蹤系統(tǒng)組成14-15
• 2.3 IRB1400工業(yè)機(jī)器人15-16
• 2.4 焊縫跟蹤信息采集系統(tǒng)16-17
• 2.5 圖像采集卡17-18
• 第3章 弧焊機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立18-34
• 3.1 坐標(biāo)系中點(diǎn)表示18
• 3.2 坐標(biāo)系中的向量18-19
• 3.3 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)系19-20
• 3.4 坐標(biāo)系中矩陣變換20-24
• 3.4.1 純平移變換20-22
• 3.4.2 繞軸純旋轉(zhuǎn)變換22-23
• 3.4.3 復(fù)合變換23-24
• 3.5 數(shù)學(xué)模型的建立24-31
• 3.6 IRB1400 機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的解31-34
• 第4章 焊接機(jī)器人作業(yè)過(guò)程控制34-57
• 4.1 基于視覺(jué)的機(jī)器人坐標(biāo)變換基礎(chǔ)34-36
• 4.2 CCD攝像機(jī)成像的幾何模型36-39
• 4.3 CCD攝像機(jī)坐標(biāo)與機(jī)器人坐標(biāo)關(guān)系39-40
• 4.4 CCD攝像機(jī)坐標(biāo)與焊炬坐標(biāo)關(guān)系40-46
• 4.4.1 焊炬坐標(biāo)與焊件坐標(biāo)41-44
• 4.4.2 Z_c的求解44-46
• 4.5 控制過(guò)程的分析46-49
• 4.5.1 理想軸線(xiàn)自轉(zhuǎn)角度46-47
• 4.5.2 隨動(dòng)角度分析47-48
• 4.5.3 自轉(zhuǎn)角度與隨動(dòng)角度符號(hào)的判定48-49
• 4.5.4 跟蹤性能分析49
• 4.6 焊縫跟蹤控制算法研究49-52
• 4.6.1 PID算法50
• 4.6.2 模糊控制算法50-52
• 4.7 免疫學(xué)52-53
• 4.7.1 生物學(xué)免疫機(jī)理52
• 4.7.2 免疫學(xué)數(shù)學(xué)模型52-53
• 4.8 模糊免疫的焊縫跟蹤系統(tǒng)PID控制53-57
• 4.8.1 隨動(dòng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)53-54
• 4.8.2 免疫控制器54-55
• 4.8.3 仿真試驗(yàn)分析55-57
• 第5章 焊縫跟蹤隨動(dòng)系統(tǒng)跟蹤誤差分析57-75
• 5.1 CCD攝像機(jī)的安裝位姿誤差影響分析58
• 5.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角誤差影響分析58-60
• 5.3 焊炬姿態(tài)誤差分析60-64
• 5.4 仿真試驗(yàn)64-72
• 5.4.1 工作角和行走角誤差對(duì)像素位置誤差的影響64-66
• 5.4.2 綜合誤差對(duì)圖像像素位置誤差的影響66-72
• 5.5 隨動(dòng)系統(tǒng)的自糾誤差特性分析72-74
• 5.6小結(jié)74-75
• 第6章 全文總結(jié)與展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明78-79
• 致謝79

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