基于工業(yè)焊接機(jī)器人的視覺伺服控制研究.pdf

1、焊接機(jī)器人是在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的先進(jìn)焊接設(shè)備，能夠提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率，改善工人勞動(dòng)條件。目前，以示教-再現(xiàn)工作方式為主的焊接機(jī)器人缺乏靈活性，也不適用于復(fù)雜工件，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。因此，研制基于視覺傳感器并具有焊縫自動(dòng)跟蹤能力的焊接機(jī)器人具有廣闊的應(yīng)用前景和重要研究意義，本文針對(duì)焊接機(jī)器人視覺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和視覺伺服控制算法開展了研究工作。 第一，本文首先總結(jié)了機(jī)器人視覺伺服控制的結(jié)構(gòu)和主要研究內(nèi)容，比較了幾種主

2、要的視覺伺服方法，分析了視覺伺服控制所面臨的主要問題，詳細(xì)闡述了近期提出的一些解決方法。其次，回顧了焊接機(jī)器人的發(fā)展過程以及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)并對(duì)今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。 第二，設(shè)計(jì)了焊接機(jī)器人的視覺傳感器系統(tǒng)，提出了有效的結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定算法。針對(duì)六自由度工業(yè)機(jī)器人，提出一種多層次結(jié)構(gòu)的控制框架，并在此框架基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并開發(fā)了弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)和多機(jī)器人視覺控制系統(tǒng)。 第三，提出了強(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下焊縫圖像特征抽取算法和焊縫參

3、數(shù)估計(jì)算法。圖像特征抽取算法由目標(biāo)區(qū)域確定算法、基于自適應(yīng)閾值的去躁算法以及基于數(shù)據(jù)集分割的特征抽取算法組成。焊縫參數(shù)估計(jì)算法由直線焊縫方向的魯棒擬合算法、基于RANSAC方法的焊件法線估計(jì)算法以及局部加權(quán)的曲線焊縫方向擬合算法組成。 第四，針對(duì)六自由度焊接機(jī)器人跟蹤直線焊縫過程中存在的問題，本文提出了一種初始姿態(tài)自調(diào)整算法和混合的視覺伺服控制算法。初始姿態(tài)自調(diào)整算法通過建立目標(biāo)坐標(biāo)系和當(dāng)前工具坐標(biāo)系，計(jì)算需要調(diào)整的運(yùn)動(dòng)量?；旌?/p>

4、的視覺伺服控制算法采用基于位置的視覺伺服控制使焊槍沿焊縫方向運(yùn)動(dòng)，采用基于圖像的視覺伺服控制來消除圖像偏差。 第五，提出了曲線焊縫跟蹤的視覺伺服協(xié)調(diào)控制方法，設(shè)計(jì)了一種控制量論域動(dòng)態(tài)確定的雙層模糊視覺伺服控制器，在保證焊槍運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確的同時(shí)，保證視覺跟蹤過程中圖像特征處在視場有效范圍內(nèi)。為了準(zhǔn)確確定控制量論域，建立了特征點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了帶模型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)腒alman濾波器以實(shí)現(xiàn)對(duì)特征坐標(biāo)的準(zhǔn)確預(yù)測。 第六，針對(duì)