基于激光測(cè)距傳感器掃描波紋板焊接軌跡自動(dòng)恢復(fù).pdf

1、波紋腹板H型鋼因其相對(duì)于普通的H型鋼有強(qiáng)度高，抗剪切性能好及自重輕等方面的優(yōu)勢(shì)，在廠房橫梁、生活建筑及橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。相比較目前應(yīng)用的手工及半自動(dòng)焊接，機(jī)器人自動(dòng)化焊接具有質(zhì)量穩(wěn)定、效率高等優(yōu)勢(shì)，是波紋腹板等各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接的發(fā)展方向。
　　本文是以目前在工程中應(yīng)用比較廣泛的正弦波波紋板為基礎(chǔ)，開發(fā)了基于激光測(cè)距傳感器掃描波紋板焊接軌跡自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，通過(guò)VC編程開發(fā)了一個(gè)包括數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、算法處

2、理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與姿態(tài)確定等功能的機(jī)器人弧焊系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為將激光傳感器和編碼器分別安裝于機(jī)器人焊槍上和滑臺(tái)上，采用即插即用的數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)電纜和端子板與上述兩個(gè)采集設(shè)備相連，并安裝在工控機(jī)內(nèi)部，最后利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與工控機(jī)交互通信。
　　為了確定機(jī)器人焊接時(shí)焊槍的坐標(biāo)位置，因此需要同時(shí)獲取波紋板三個(gè)方向的信息，本文提出了一種采集方法即基于編碼器和激光測(cè)距傳感器外部檢測(cè)設(shè)備用來(lái)獲取波紋板縱向和高度信息，并分別與通道相匹配的數(shù)

3、據(jù)采集卡相連，通過(guò)VC++編程開辟二者的采集通道，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定、精確的傳輸與存儲(chǔ)。
　　數(shù)據(jù)的誤差大小影響軌跡恢復(fù)的整體精度，進(jìn)而會(huì)對(duì)焊接效果產(chǎn)生干擾，因此有必要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本文研究對(duì)比幾種數(shù)字濾波算法，發(fā)現(xiàn)采用復(fù)合濾波算法即首先利用改進(jìn)限幅濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后通過(guò)五點(diǎn)三次濾波算法進(jìn)一步的數(shù)據(jù)平滑，結(jié)果表明波形精度以及誤差精度比原始數(shù)據(jù)有了很大的提升，在很大程度上去除較大的毛刺，得到

4、了比較滿意的效果。
　　焊縫軌跡的規(guī)范程度決定了焊槍工作軌跡的準(zhǔn)確性，對(duì)于焊接工藝的設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文提出了兩種焊接軌跡恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)方法，即對(duì)選取能夠表達(dá)波形特征的9個(gè)點(diǎn)和13個(gè)點(diǎn)分別用直線擬合和曲線擬合方式實(shí)現(xiàn)焊接軌跡的恢復(fù)，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)后者的曲線擬合方式具有較好的波形精度和誤差精度，因此選擇軌跡恢復(fù)最佳方式為波峰及波谷實(shí)現(xiàn)曲線擬合，上坡段和下坡段實(shí)現(xiàn)直線擬合。
　　為了按焊接工藝習(xí)慣描述焊接位置和焊槍姿態(tài)，本文首先按

5、照機(jī)器人坐標(biāo)向量形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，然后提出了兩種姿態(tài)的獲取方式，第一種可以通過(guò)示教器直接讀取姿態(tài)值，第二種引入了焊槍姿態(tài)變換的數(shù)學(xué)模型，研究了一種根據(jù)焊接工藝參數(shù)求解焊槍位姿矩陣的算法，經(jīng)過(guò)連續(xù)的坐標(biāo)系變換獲得了焊槍在機(jī)器人基坐標(biāo)系中的位姿矩陣。結(jié)合機(jī)器人坐標(biāo)和姿態(tài)可以生成機(jī)器人可執(zhí)行程序。
　　機(jī)器人通過(guò)讀取生成的可執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，考慮到傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率，本文研究了工控機(jī)與機(jī)器人控制柜之間基于FTP協(xié)議的以太網(wǎng)通信