【摘要】：焊縫打磨是工業(yè)機器人在生產線上的一項重要任務。對于中小型企業(yè),其特點是廠房小,無法建立完整的工業(yè)生產線,作業(yè)任務主要為小批量、多種類、多尺寸規(guī)格的工件加工,工件打磨任務依靠工人師傅手動完成,因此研制應用于中小型企業(yè)的焊縫打磨機器人系統具有十分重要的意義。本文以金屬柜體的焊縫打磨任務為研究對象,選擇二維激光輪廓儀和UR5機器人研制焊縫打磨機器人系統。首先,利用ROS操作系統的moveit模塊和消息機制讀取機器人位姿數據和激光數據。針對兩種數據時間不匹配的問題,提出一種基于隊列緩存策略的數據同步算法,完成數據的時間同步,改善點云模型的精度。其次,基于平面提取算法和直線提取算法提取目標平面法向量和焊縫方向向量;針對噪聲點云影響焊縫高度提取的問題,提出高度分層與直方圖統計方法提取焊縫的高度信息。利用提取到的信息調整機器人末端的位姿和運動方向,保證自動掃描的可靠性。采用“分段識別”策略掃描獲取全部焊縫信息,完成焊縫自動打磨任務。最后,基于ROS系統的Gazebo仿真環(huán)境搭建仿真實驗平臺,驗證各部分算法精度;搭建真實的實驗平臺,驗證系統的打磨性能。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242
【圖文】：

逑本文選擇Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ邋Ｒｏｂｏｔｓ公司的ＵＲ５機器人，該機器人為六軸六自由度機逡逑器人，外形結構如圖２－２所示。逡逑—＇Ｉ逡逑寥：．、＼逡逑＃逡逑圖２－２邋ＵＲ５機器人外形圖逡逑在ＲＯＳ仿真環(huán)境中配置機器人結構，Ｇａｚｅｂｏ平臺中的ＵＲ５機器人如圖２－３逡逑圖左所示，Ｒｖｉｚ平臺中的ＵＲ５機器人如圖２－３右圖所示，Ｒｖｉｚ圖中展示了機器逡逑人的部分關節(jié)坐標系。逡逑ｉ邋ＪＸｓ３＇逡逑圖２－３邋ＵＲ５在Ｇａｚｅｂｏ和Ｒｖｉｚ中的外形圖逡逑ＵＲ５邋機器人的六個關節(jié)分別為邋ｓｈｏｕｌｄｅｒ＿ｌｉｎｋ、ｕｐｐｅｒ＿ａｒｍ＿ｌｉｎｋ、ｆｏｒｅａｉｎ＿ｌｉｎｋ、逡逑ｗｒｉｓｔ＿ｌ＿ｌｉｎｋ、ｗｒｉｓｔ＿２＿ｌｉｎｋ邋和邋ｗｒｉｓｔ＿３＿ｌｉｎｋ，對應的關節(jié)坐標系分別為｛１｝、｛２｝、逡逑｛３｝、丨４丨、｛５丨和｛６丨，相鄰坐標系之間的齊次變換關系分別為｜７＼邋ｉ７＼邋￥７＼邋和逡逑末端安裝打磨工具后，工具上固結末端工具坐標系｛Ｅ｝，通過示教器的ＴＣＰ逡逑標定可以獲得固定的變換矩陣ｆｒ。逡逑機器人空間分為關節(jié)空間和笛卡爾空間，關節(jié)空間是指機器人的各個關節(jié)坐逡逑標系，笛卡爾空間是指機器人基座坐標系或世界坐標系。ＲＯＳ系統通過ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅ逡逑話題發(fā)布關節(jié)空間的消息數據

逑本文選擇Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ邋Ｒｏｂｏｔｓ公司的ＵＲ５機器人，該機器人為六軸六自由度機逡逑器人，外形結構如圖２－２所示。逡逑—＇Ｉ逡逑寥：．、＼逡逑＃逡逑圖２－２邋ＵＲ５機器人外形圖逡逑在ＲＯＳ仿真環(huán)境中配置機器人結構，Ｇａｚｅｂｏ平臺中的ＵＲ５機器人如圖２－３逡逑圖左所示，Ｒｖｉｚ平臺中的ＵＲ５機器人如圖２－３右圖所示，Ｒｖｉｚ圖中展示了機器逡逑人的部分關節(jié)坐標系。逡逑ｉ邋ＪＸｓ３＇逡逑圖２－３邋ＵＲ５在Ｇａｚｅｂｏ和Ｒｖｉｚ中的外形圖逡逑ＵＲ５邋機器人的六個關節(jié)分別為邋ｓｈｏｕｌｄｅｒ＿ｌｉｎｋ、ｕｐｐｅｒ＿ａｒｍ＿ｌｉｎｋ、ｆｏｒｅａｉｎ＿ｌｉｎｋ、逡逑ｗｒｉｓｔ＿ｌ＿ｌｉｎｋ、ｗｒｉｓｔ＿２＿ｌｉｎｋ邋和邋ｗｒｉｓｔ＿３＿ｌｉｎｋ，對應的關節(jié)坐標系分別為｛１｝、｛２｝、逡逑｛３｝、丨４丨、｛５丨和｛６丨，相鄰坐標系之間的齊次變換關系分別為｜７＼邋ｉ７＼邋￥７＼邋和逡逑末端安裝打磨工具后，工具上固結末端工具坐標系｛Ｅ｝，通過示教器的ＴＣＰ逡逑標定可以獲得固定的變換矩陣ｆｒ。逡逑機器人空間分為關節(jié)空間和笛卡爾空間，關節(jié)空間是指機器人的各個關節(jié)坐逡逑標系，笛卡爾空間是指機器人基座坐標系或世界坐標系。ＲＯＳ系統通過ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅ逡逑話題發(fā)布關節(jié)空間的消息數據

逑發(fā)布關節(jié)坐標系之間的齊次變換數據，通過發(fā)布的相應數據可以計算笛卡爾空間逡逑的位姿，ｔｆ話題對應的部分消息數據的截圖如圖２－５所示。逡逑—逡逑圖２－４邋ＲＯＳ系統發(fā)布的ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅｓ話題數據逡逑—■—Ｉ逡逑ｉｉＰＭｉ逡逑圖２－５邋ｔｆ話題對應的部分消息數據逡逑ＲＯＳ系統的ｍｏｖｅｉｔ模塊啟動一個ｍｏｖｅ＿ｇｒｏｕｐ節(jié)點，該節(jié)點通過訂閱逡逑ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅ＿ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ節(jié)點發(fā)布的ｔｆ話題和ｔｆ＿ｓｔａｔｉｃ話題獲取相鄰坐標系的齊次變逡逑換關系，然后利用ＭｏｖｅＧｒｏｕｐ類提供的ｇｅｔＣｕｒｒｅｎｔＰｏｓｅ（）方法計算得到機器人的逡逑笛卡爾空間位姿數據。逡逑在ＲＯＳ機器人操作系統中，機器人笛卡爾空間的位姿通過話題ｃａｒｔｅｓｉａｎ＿ｄａｔａ逡逑完成訂閱發(fā)布，數據存儲在ｇｅｏｍｅｔｒｙ＿ｍｓｇｓ：：ＰｏｓｅＳｔａｍｐｅｄ消息對象中。位姿消息逡逑的數據格式如圖２－６所示，位姿數據讀取過程中的節(jié)點話題關系圖如圖２－７所示。逡逑ｓｔｄｍｓｇｓ／Ｈｅａｄｅｒ邋ｈｅａｄｅｒ逡逑ｕｉｎｔ邋ｓｅｑ逡逑ｔｉｍｅ邋ｓｔａｍｐ逡逑ｓｔｒｉｎｇ邋ｆｒａｍｅ＿ｉｄ逡逑ｇｅｏｍｅｔｉｙ＿ｍｓｇｓ／Ｐｏｓｅ邋ｐｏｓｅ逡逑ｇｅｏｍｅｔｒｙ—ｍｓｇｓ

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