焊缝打磨机器人系统研制

发布时间：2020-08-04 15:42

【摘要】：焊缝打磨是工业机器人在生产线上的一项重要任务。对于中小型企业,其特点是厂房小,无法建立完整的工业生产线,作业任务主要为小批量、多种类、多尺寸规格的工件加工,工件打磨任务依靠工人师傅手动完成,因此研制应用于中小型企业的焊缝打磨机器人系统具有十分重要的意义。本文以金属柜体的焊缝打磨任务为研究对象,选择二维激光轮廓仪和UR5机器人研制焊缝打磨机器人系统。首先,利用ROS操作系统的moveit模块和消息机制读取机器人位姿数据和激光数据。针对两种数据时间不匹配的问题,提出一种基于队列缓存策略的数据同步算法,完成数据的时间同步,改善点云模型的精度。其次,基于平面提取算法和直线提取算法提取目标平面法向量和焊缝方向向量;针对噪声点云影响焊缝高度提取的问题,提出高度分层与直方图统计方法提取焊缝的高度信息。利用提取到的信息调整机器人末端的位姿和运动方向,保证自动扫描的可靠性。采用“分段识别”策略扫描获取全部焊缝信息,完成焊缝自动打磨任务。最后,基于ROS系统的Gazebo仿真环境搭建仿真实验平台,验证各部分算法精度;搭建真实的实验平台,验证系统的打磨性能。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

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逑本文选择Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ邋Ｒｏｂｏｔｓ公司的ＵＲ５机器人，该机器人为六轴六自由度机逡逑器人，外形结构如图２－２所示。逡逑—＇Ｉ逡逑寥：．、＼逡逑＃逡逑图２－２邋ＵＲ５机器人外形图逡逑在ＲＯＳ仿真环境中配置机器人结构，Ｇａｚｅｂｏ平台中的ＵＲ５机器人如图２－３逡逑图左所示，Ｒｖｉｚ平台中的ＵＲ５机器人如图２－３右图所示，Ｒｖｉｚ图中展示了机器逡逑人的部分关节坐标系。逡逑ｉ邋ＪＸｓ３＇逡逑图２－３邋ＵＲ５在Ｇａｚｅｂｏ和Ｒｖｉｚ中的外形图逡逑ＵＲ５邋机器人的六个关节分别为邋ｓｈｏｕｌｄｅｒ＿ｌｉｎｋ、ｕｐｐｅｒ＿ａｒｍ＿ｌｉｎｋ、ｆｏｒｅａｉｎ＿ｌｉｎｋ、逡逑ｗｒｉｓｔ＿ｌ＿ｌｉｎｋ、ｗｒｉｓｔ＿２＿ｌｉｎｋ邋和邋ｗｒｉｓｔ＿３＿ｌｉｎｋ，对应的关节坐标系分别为｛１｝、｛２｝、逡逑｛３｝、丨４丨、｛５丨和｛６丨，相邻坐标系之间的齐次变换关系分别为｜７＼邋ｉ７＼邋￥７＼邋和逡逑末端安装打磨工具后，工具上固结末端工具坐标系｛Ｅ｝，通过示教器的ＴＣＰ逡逑标定可以获得固定的变换矩阵ｆｒ。逡逑机器人空间分为关节空间和笛卡尔空间，关节空间是指机器人的各个关节坐逡逑标系，笛卡尔空间是指机器人基座坐标系或世界坐标系。ＲＯＳ系统通过ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅ逡逑话题发布关节空间的消息数据

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逑发布关节坐标系之间的齐次变换数据，通过发布的相应数据可以计算笛卡尔空间逡逑的位姿，ｔｆ话题对应的部分消息数据的截图如图２－５所示。逡逑—逡逑图２－４邋ＲＯＳ系统发布的ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅｓ话题数据逡逑—■—Ｉ逡逑ｉｉＰＭｉ逡逑图２－５邋ｔｆ话题对应的部分消息数据逡逑ＲＯＳ系统的ｍｏｖｅｉｔ模块启动一个ｍｏｖｅ＿ｇｒｏｕｐ节点，该节点通过订阅逡逑ｊｏｉｎｔ＿ｓｔａｔｅ＿ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ节点发布的ｔｆ话题和ｔｆ＿ｓｔａｔｉｃ话题获取相邻坐标系的齐次变逡逑换关系，然后利用ＭｏｖｅＧｒｏｕｐ类提供的ｇｅｔＣｕｒｒｅｎｔＰｏｓｅ（）方法计算得到机器人的逡逑笛卡尔空间位姿数据。逡逑在ＲＯＳ机器人操作系统中，机器人笛卡尔空间的位姿通过话题ｃａｒｔｅｓｉａｎ＿ｄａｔａ逡逑完成订阅发布，数据存储在ｇｅｏｍｅｔｒｙ＿ｍｓｇｓ：：ＰｏｓｅＳｔａｍｐｅｄ消息对象中。位姿消息逡逑的数据格式如图２－６所示，位姿数据读取过程中的节点话题关系图如图２－７所示。逡逑ｓｔｄｍｓｇｓ／Ｈｅａｄｅｒ邋ｈｅａｄｅｒ逡逑ｕｉｎｔ邋ｓｅｑ逡逑ｔｉｍｅ邋ｓｔａｍｐ逡逑ｓｔｒｉｎｇ邋ｆｒａｍｅ＿ｉｄ逡逑ｇｅｏｍｅｔｉｙ＿ｍｓｇｓ／Ｐｏｓｅ邋ｐｏｓｅ逡逑ｇｅｏｍｅｔｒｙ—ｍｓｇｓ

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