基于視覺傳感管道焊接機(jī)器人跟蹤系統(tǒng)研究.pdf

1、我國西北地區(qū)油氣資源豐富，而東部沿海市場需求巨大，這樣的產(chǎn)銷分離促使管道輸送業(yè)蓬勃發(fā)展。目前管道建設(shè)中管道對接環(huán)形焊縫的現(xiàn)場焊接多由手工完成，或采用需要人工干預(yù)的軌道式自動(dòng)焊接設(shè)備，嚴(yán)重制約了管道建設(shè)的發(fā)展。因此開展智能化管道焊接機(jī)器人研究，提高管道焊接質(zhì)量和效率，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　管道焊接機(jī)器人屬特種機(jī)器人研究領(lǐng)域。本研究針對大型油氣輸送管道(直徑≥Φ600mm)現(xiàn)場施工條件下對接環(huán)形焊縫的自動(dòng)化焊接技術(shù)，在結(jié)

2、構(gòu)光視覺傳感器的模型建立及參數(shù)選擇，焊縫圖像的處理方法，移動(dòng)焊接機(jī)器人跟蹤控制方法等方面進(jìn)行深入研究，研制出基于視覺傳感的管道焊接機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)。
　　本文應(yīng)用透視成像原理通過坐標(biāo)變換推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的模型，建立傳感器成像點(diǎn)與被測物上點(diǎn)之間的變換關(guān)系。應(yīng)用光度學(xué)理論，結(jié)合光學(xué)成像系統(tǒng)與帶通濾光片的作用，推導(dǎo)出視覺傳感器輸出灰度圖像的弧光干擾模型，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)光視覺傳感器設(shè)計(jì)過程中傳感檢測位置以及攝像機(jī)傾角等參數(shù)的確定，以減少

3、弧光干擾，有效地提高了焊縫圖像的信噪比。
　　由視覺傳感器焊縫圖像快速可靠提取焊縫特征信息是實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤的關(guān)鍵。通過對圖像處理方法的深入研究，針對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器焊縫圖像中干擾的特點(diǎn)，采用一維離散LoG(LaplacianofGaussian)濾波、鄰域均值濾波、基于先驗(yàn)知識改進(jìn)的最大方差閾值分割和標(biāo)記法小區(qū)域去噪組成焊縫圖像預(yù)處理方法，快速獲得清晰的焊縫圖像。然后對焊縫圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)細(xì)化處理得到焊縫骨架，可靠提取了焊縫特征信

4、息。結(jié)果表明，采用這種處理方法結(jié)構(gòu)光視覺傳感圖像具有良好的抗干擾性，處理一幅像素400×300圖像的時(shí)間不大于0.08秒，滿足焊縫跟蹤的需要。
　　針對滑動(dòng)轉(zhuǎn)向移動(dòng)機(jī)器人和直角坐標(biāo)焊槍調(diào)整機(jī)構(gòu)組成的管道焊接機(jī)器人，應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)了管道焊接機(jī)器人環(huán)形運(yùn)動(dòng)控制律；提出基于圓柱坐標(biāo)的管道焊接機(jī)器人環(huán)形焊接焊縫跟蹤算法；為提高焊縫跟蹤精度，研究了當(dāng)管道焊接機(jī)器人車輪軸線與管道軸線有偏角時(shí)的跟蹤補(bǔ)償方法。
　　研制

5、出焊槍側(cè)置形式的管道焊接機(jī)器人樣機(jī)，由永磁輪吸附在焊縫一側(cè)的被焊管道上運(yùn)動(dòng)，與騎跨在焊縫上的管道焊接機(jī)器人相比，使焊縫跟蹤精度不受管道對口精度的影響，并可以完成管道彎角對接焊縫的焊接，擴(kuò)大了其工作范圍。
　　研制出一套結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，編制了焊縫圖像處理軟件?；贚abVIEW軟件平臺研制出能實(shí)現(xiàn)圖像采集、角度傳感器信號采集、伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制等的管道焊接機(jī)器人測控系統(tǒng)。
　　實(shí)驗(yàn)表明，基于視覺傳感管道焊接機(jī)器人跟蹤系統(tǒng)可靠性