本文關(guān)鍵詞：基于視覺技術(shù)的水下焊接機器人系統(tǒng)研究　出處：《華南理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：本文以實現(xiàn)“總體遙控,局部自動”控制策略的水下自動化焊接為主旨,研究了一套由水下雙目立體視覺子系統(tǒng)、機器人子系統(tǒng)以及水下焊接子系統(tǒng)組成的水下焊接機器人視覺伺服跟蹤焊縫系統(tǒng)。在基于視覺技術(shù)的水下焊接機器人跟蹤焊縫過程中,水下焊接技術(shù)、水下圖像處理、立體匹配、立體視覺三維重建、水下攝像機標定、手眼標定、焊接機器人軌跡規(guī)劃及其水下跟蹤控制技術(shù)等問題一直是水下視覺焊接機器人發(fā)展的瓶頸,相比于陸上,這些關(guān)鍵技術(shù)處理更加困難。本文針對水下視覺焊接機器人關(guān)鍵技術(shù)研究了以下內(nèi)容:(1)根據(jù)系統(tǒng)性能要求及水下工程設備焊接檢修特點,設計了系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)方案,選擇了堆焊方式修補;并對整個系統(tǒng)涉及重要基礎理論進行了討論,為后續(xù)關(guān)鍵技術(shù)研究提供技術(shù)支持。(2)研制了水下云臺視覺試驗平臺和水下機器人雙目視覺系統(tǒng)。課題研制了帶水下云臺的雙目視覺試驗平臺,開發(fā)了用于水下焊接機器人的雙目視覺系統(tǒng)。在硬件方面對水下雙目立體視覺系統(tǒng)零件進行設計、計算選型,設計了安裝機械結(jié)構(gòu)和防水密封結(jié)構(gòu);在軟件方面,進行了相關(guān)圖象處理程序的開發(fā)和應用,針對水下焊接圖像噪聲污染嚴重,選擇了均值濾波器預處理。針對水下攝像機標定技術(shù),提出了改變焦距補償方法,采用了先畸變校正,后標定的策略,利用了張氏標定法對攝像機標定。最后利用標定結(jié)果測量實際空間曲線,驗證了算法的正確性、可行性和有效性。(3)針對以攝像機光心為原點的實際坐標系相對理想坐標系發(fā)生偏轉(zhuǎn)移,以及光心無法定位,導致無法對雙目測量結(jié)果具體驗證的問題,提出了基于最小二乘法的坐標系校準方法,并創(chuàng)新設計研制了檢測平臺,具體實驗驗證了坐標系校準方法的準確性及雙目視覺系統(tǒng)測量精確性、重復穩(wěn)定性。(4)根據(jù)傳統(tǒng)D-H法建立機器人運動學模型過程存在的不足,提出了基于旋量理論的串聯(lián)式機器人逆運動學模型,并運用希爾維斯特(Sylvester)結(jié)式法對其求解得到全部的解。(5)針對水下焊接機器人作為不確定性、時變性、耦合性、高度非線性系統(tǒng),無法建立其精確的動力學模型,作為理論研究,提出了基于模型補償?shù)淖钥箶_控制方法;并且為了提高控制器最佳跟蹤控制動、靜態(tài)性能,提出了自抗擾滑模復合控制技術(shù)。(6)基于系統(tǒng)水下焊接需要,設計了一種局部干式法排水罩機構(gòu),其結(jié)構(gòu)設計主要采用了內(nèi)外“雙環(huán)”形式,使排水罩排干水同時并保證了焊接起弧燃燒的穩(wěn)定性,其創(chuàng)新設計并獲得了發(fā)明專利。(7)完成關(guān)鍵技術(shù)研究基礎上,搭建了焊接機器人水下空間手眼協(xié)調(diào)跟蹤系統(tǒng)試驗平臺,應用VC++6.0和Open CV開發(fā)了系統(tǒng)軟件;完成了系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)并將系統(tǒng)應用于實驗室水箱中進行焊接試驗,模擬了實際水下設備焊接檢修,試驗結(jié)果表明系統(tǒng)能實現(xiàn)水下焊縫自動跟蹤焊接。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TP242
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本文編號：1332835