【摘要】：焊縫打磨是工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上的一項重要任務(wù)。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(chǎn)線,作業(yè)任務(wù)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(wù)依靠工人師傅手動完成,因此研制應(yīng)用于中小型企業(yè)的焊縫打磨機(jī)器人系統(tǒng)具有十分重要的意義。本文以金屬柜體的焊縫打磨任務(wù)為研究對象,選擇二維激光輪廓儀和UR5機(jī)器人研制焊縫打磨機(jī)器人系統(tǒng)。首先,利用ROS操作系統(tǒng)的moveit模塊和消息機(jī)制讀取機(jī)器人位姿數(shù)據(jù)和激光數(shù)據(jù)。針對兩種數(shù)據(jù)時間不匹配的問題,提出一種基于隊列緩存策略的數(shù)據(jù)同步算法,完成數(shù)據(jù)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(biāo)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(tǒng)計方法提取焊縫的高度信息。利用提取到的信息調(diào)整機(jī)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(wù)。最后,基于ROS系統(tǒng)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(tǒng)的打磨性能。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jī)器人，該機(jī)器人為六軸六自由度機(jī)逡逑器人，外形結(jié)構(gòu)如圖２－２所示。逡逑—＇Ｉ逡逑寥：．、＼逡逑＃逡逑圖２－２邋ＵＲ５機(jī)器人外形圖逡逑在ＲＯＳ仿真環(huán)境中配置機(jī)器人結(jié)構(gòu)，Ｇａｚｅｂｏ平臺中的ＵＲ５機(jī)器人如圖２－３逡逑圖左所示，Ｒｖｉｚ平臺中的ＵＲ５機(jī)器人如圖２－３右圖所示，Ｒｖｉｚ圖中展示了機(jī)器逡逑人的部分關(guān)節(jié)坐標(biāo)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(jī)器人的六個關(guān)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(yīng)的關(guān)節(jié)坐標(biāo)系分別為｛１｝、｛２｝、逡逑｛３｝、丨４丨、｛５丨和｛６丨，相鄰坐標(biāo)系之間的齊次變換關(guān)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(jié)末端工具坐標(biāo)系｛Ｅ｝，通過示教器的ＴＣＰ逡逑標(biāo)定可以獲得固定的變換矩陣ｆｒ。逡逑機(jī)器人空間分為關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間，關(guān)節(jié)空間是指機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)坐逡逑標(biāo)系，笛卡爾空間是指機(jī)器人基座坐標(biāo)系或世界坐標(biāo)系。ＲＯＳ系統(tǒng)通過ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅ逡逑話題發(fā)布關(guān)節(jié)空間的消息數(shù)據(jù)

逑本文選擇Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ邋Ｒｏｂｏｔｓ公司的ＵＲ５機(jī)器人，該機(jī)器人為六軸六自由度機(jī)逡逑器人，外形結(jié)構(gòu)如圖２－２所示。逡逑—＇Ｉ逡逑寥：．、＼逡逑＃逡逑圖２－２邋ＵＲ５機(jī)器人外形圖逡逑在ＲＯＳ仿真環(huán)境中配置機(jī)器人結(jié)構(gòu)，Ｇａｚｅｂｏ平臺中的ＵＲ５機(jī)器人如圖２－３逡逑圖左所示，Ｒｖｉｚ平臺中的ＵＲ５機(jī)器人如圖２－３右圖所示，Ｒｖｉｚ圖中展示了機(jī)器逡逑人的部分關(guān)節(jié)坐標(biāo)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(jī)器人的六個關(guān)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(yīng)的關(guān)節(jié)坐標(biāo)系分別為｛１｝、｛２｝、逡逑｛３｝、丨４丨、｛５丨和｛６丨，相鄰坐標(biāo)系之間的齊次變換關(guān)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(jié)末端工具坐標(biāo)系｛Ｅ｝，通過示教器的ＴＣＰ逡逑標(biāo)定可以獲得固定的變換矩陣ｆｒ。逡逑機(jī)器人空間分為關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間，關(guān)節(jié)空間是指機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)坐逡逑標(biāo)系，笛卡爾空間是指機(jī)器人基座坐標(biāo)系或世界坐標(biāo)系。ＲＯＳ系統(tǒng)通過ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅ逡逑話題發(fā)布關(guān)節(jié)空間的消息數(shù)據(jù)

逑發(fā)布關(guān)節(jié)坐標(biāo)系之間的齊次變換數(shù)據(jù)，通過發(fā)布的相應(yīng)數(shù)據(jù)可以計算笛卡爾空間逡逑的位姿，ｔｆ話題對應(yīng)的部分消息數(shù)據(jù)的截圖如圖２－５所示。逡逑—逡逑圖２－４邋ＲＯＳ系統(tǒng)發(fā)布的ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅｓ話題數(shù)據(jù)逡逑—■—Ｉ逡逑ｉｉＰＭｉ逡逑圖２－５邋ｔｆ話題對應(yīng)的部分消息數(shù)據(jù)逡逑ＲＯＳ系統(tǒng)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(biāo)系的齊次變逡逑換關(guān)系，然后利用ＭｏｖｅＧｒｏｕｐ類提供的ｇｅｔＣｕｒｒｅｎｔＰｏｓｅ（）方法計算得到機(jī)器人的逡逑笛卡爾空間位姿數(shù)據(jù)。逡逑在ＲＯＳ機(jī)器人操作系統(tǒng)中，機(jī)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(shù)據(jù)存儲在ｇｅｏｍｅｔｒｙ＿ｍｓｇｓ：：ＰｏｓｅＳｔａｍｐｅｄ消息對象中。位姿消息逡逑的數(shù)據(jù)格式如圖２－６所示，位姿數(shù)據(jù)讀取過程中的節(jié)點話題關(guān)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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