本文關(guān)鍵詞：焊接路徑的視覺識別與機(jī)器人軌跡規(guī)劃

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【摘要】：《中國制造2025》明確指出了我國未來的制造業(yè)要向智能化、自動化的方向發(fā)展。焊接技術(shù)在制造業(yè)技術(shù)中占有重要的地位,因此實現(xiàn)焊接過程的智能化、自動化成為焊接領(lǐng)域今后發(fā)展的必然趨勢。在目前的工業(yè)應(yīng)用中,大多數(shù)的焊接機(jī)器人都是通過示教再現(xiàn)的方式進(jìn)行作業(yè),這種方式存在缺點(diǎn)之一是當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生變化時需重新示教,多品種小批量的情況下焊接自動化程度不高,生產(chǎn)效率較低。焊接路徑的視覺識別與軌跡規(guī)劃技術(shù),借助視覺傳感代替人的肉眼進(jìn)行焊接路徑的識別,并且對焊接過程進(jìn)行軌跡規(guī)劃,達(dá)到機(jī)器人能自主進(jìn)行示教的目的,從而大大提高焊接機(jī)器人的自動化水平。本文采用高清工業(yè)CMOS相機(jī)與UR3機(jī)器人形成“手眼關(guān)系”,搭建圖像采集實驗平臺獲取焊縫圖像,首先對視覺識別系統(tǒng)進(jìn)行建模,介紹了攝像機(jī)的標(biāo)定模型和標(biāo)定方法,利用平面棋盤格作為靶標(biāo)對攝像機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定實驗,提出了基于外參數(shù)的攝像機(jī)標(biāo)定精度評估方法,對攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果的精度進(jìn)行評估,根據(jù)實驗結(jié)果,標(biāo)定精度達(dá)0.582mm。通過求解機(jī)器人的“手眼關(guān)系”,得到攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。其次介紹了焊縫圖像的處理過程,根據(jù)焊接工件的特點(diǎn)選擇Canny邊緣檢測算法對焊接路徑進(jìn)行邊緣檢測,并使用Hough變換方法對焊接路徑進(jìn)行提取,得到焊接路徑的走向方程,進(jìn)而得到焊接路徑特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo),為后面的視覺控制奠定基礎(chǔ)。構(gòu)造了焊槍的糾偏控制模型,以比例控制律作為控制算法,通過TCP/IP的通訊方式實現(xiàn)計算機(jī)與機(jī)器人控制器之間的通訊。采用三次樣條插值的方法對焊接路徑的過渡處進(jìn)行軌跡規(guī)劃,實現(xiàn)焊接過程的平穩(wěn)過渡。最后通過驗證實驗,對焊接路徑的識別精度做了評估,指出識別過程存在誤差的原因。通過修正后,焊接路徑的x,y,z三個方向平均絕對誤差在0.8mm以內(nèi),驗證本文的焊接路徑的視覺識別與機(jī)器人軌跡規(guī)劃算法是有效的。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)器人 焊接路徑 視覺識別 相機(jī)標(biāo)定 圖像處理 軌跡規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 課題研究的背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢14-18
• 1.2.1 焊接路徑的識別研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 焊接機(jī)器人軌跡自主規(guī)劃的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 焊接機(jī)器人視覺控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 焊接機(jī)器人的應(yīng)用動態(tài)17-18
• 1.3 論文的研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 焊接路徑視覺識別的系統(tǒng)建模20-38
• 2.1 攝像機(jī)標(biāo)定20-33
• 2.1.1 攝像機(jī)的成像模型20-25
• 2.1.2 攝像機(jī)的標(biāo)定方法25-27
• 2.1.3 攝像機(jī)的標(biāo)定實驗27-30
• 2.1.4 攝像機(jī)的標(biāo)定精度評估方法30-33
• 2.2 機(jī)器人手眼標(biāo)定33-37
• 2.2.1 手眼標(biāo)定的基本原理33-35
• 2.2.2 機(jī)器人手眼標(biāo)定實驗35-37
• 2.3 本章小結(jié)37-38
• 第三章 焊接路徑的視覺信息采集及其處理38-50
• 3.1 圖像預(yù)處理38-43
• 3.1.1 圖像濾波38-40
• 3.1.2 圖像增強(qiáng)40
• 3.1.3 焊接路徑圖像的二值化40-43
• 3.1.4 焊接路徑圖像的孤點(diǎn)去除43
• 3.2 焊接路徑的邊緣檢測43-45
• 3.3 焊接路徑特征信息提取45-48
• 3.3.1 Hough變換45-47
• 3.3.2 焊接路徑中心線及其坐標(biāo)提取47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 自主示教的實現(xiàn)與機(jī)器人軌跡規(guī)劃50-64
• 4.1 UR3機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型50-56
• 4.1.1 DH模型51-52
• 4.1.2 機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)52-54
• 4.1.3 機(jī)器人的逆運(yùn)動學(xué)54-56
• 4.2 焊接機(jī)器人自主示教的系統(tǒng)組成56-58
• 4.2.1 自主示教系統(tǒng)的硬件組成56-58
• 4.2.2 自主示教系統(tǒng)的軟件介紹58
• 4.3 焊接機(jī)器人自主示教的實現(xiàn)58-61
• 4.3.1 控制原理58-60
• 4.3.2 計算機(jī)與機(jī)器人控制器的通訊60-61
• 4.4 焊接機(jī)器人軌跡規(guī)劃61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第五章 焊接路徑的視覺識別實驗與分析64-69
• 5.1 自主示教實驗64-67
• 5.1.1 焊接實驗樣品選擇64-65
• 5.1.2 實驗結(jié)果65-67
• 5.2 焊接路徑采集誤差分析67-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 總結(jié)與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文75
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項目75-77
• 致謝77-78
• 附錄 UR3機(jī)器人通訊接口程序設(shè)計78-82

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本文編號：589439