焊接路径的视觉识别与机器人轨迹规划

发布时间：2017-07-29 13:25

  本文关键词：焊接路径的视觉识别与机器人轨迹规划

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【摘要】：《中国制造2025》明确指出了我国未来的制造业要向智能化、自动化的方向发展。焊接技术在制造业技术中占有重要的地位,因此实现焊接过程的智能化、自动化成为焊接领域今后发展的必然趋势。在目前的工业应用中,大多数的焊接机器人都是通过示教再现的方式进行作业,这种方式存在缺点之一是当外部环境发生变化时需重新示教,多品种小批量的情况下焊接自动化程度不高,生产效率较低。焊接路径的视觉识别与轨迹规划技术,借助视觉传感代替人的肉眼进行焊接路径的识别,并且对焊接过程进行轨迹规划,达到机器人能自主进行示教的目的,从而大大提高焊接机器人的自动化水平。本文采用高清工业CMOS相机与UR3机器人形成“手眼关系”,搭建图像采集实验平台获取焊缝图像,首先对视觉识别系统进行建模,介绍了摄像机的标定模型和标定方法,利用平面棋盘格作为靶标对摄像机进行了标定实验,提出了基于外参数的摄像机标定精度评估方法,对摄像机标定结果的精度进行评估,根据实验结果,标定精度达0.582mm。通过求解机器人的“手眼关系”,得到摄像机坐标系到机器人基坐标系的转换矩阵。其次介绍了焊缝图像的处理过程,根据焊接工件的特点选择Canny边缘检测算法对焊接路径进行边缘检测,并使用Hough变换方法对焊接路径进行提取,得到焊接路径的走向方程,进而得到焊接路径特征点的图像坐标,为后面的视觉控制奠定基础。构造了焊枪的纠偏控制模型,以比例控制律作为控制算法,通过TCP/IP的通讯方式实现计算机与机器人控制器之间的通讯。采用三次样条插值的方法对焊接路径的过渡处进行轨迹规划,实现焊接过程的平稳过渡。最后通过验证实验,对焊接路径的识别精度做了评估,指出识别过程存在误差的原因。通过修正后,焊接路径的x,y,z三个方向平均绝对误差在0.8mm以内,验证本文的焊接路径的视觉识别与机器人轨迹规划算法是有效的。
【关键词】：机器人 焊接路径 视觉识别 相机标定 图像处理 轨迹规划
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究的背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势14-18
• 1.2.1 焊接路径的识别研究现状14-15
• 1.2.2 焊接机器人轨迹自主规划的研究现状15-16
• 1.2.3 焊接机器人视觉控制技术的发展现状16-17
• 1.2.4 焊接机器人的应用动态17-18
• 1.3 论文的研究内容及组织结构18-20
• 第二章 焊接路径视觉识别的系统建模20-38
• 2.1 摄像机标定20-33
• 2.1.1 摄像机的成像模型20-25
• 2.1.2 摄像机的标定方法25-27
• 2.1.3 摄像机的标定实验27-30
• 2.1.4 摄像机的标定精度评估方法30-33
• 2.2 机器人手眼标定33-37
• 2.2.1 手眼标定的基本原理33-35
• 2.2.2 机器人手眼标定实验35-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 焊接路径的视觉信息采集及其处理38-50
• 3.1 图像预处理38-43
• 3.1.1 图像滤波38-40
• 3.1.2 图像增强40
• 3.1.3 焊接路径图像的二值化40-43
• 3.1.4 焊接路径图像的孤点去除43
• 3.2 焊接路径的边缘检测43-45
• 3.3 焊接路径特征信息提取45-48
• 3.3.1 Hough变换45-47
• 3.3.2 焊接路径中心线及其坐标提取47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 自主示教的实现与机器人轨迹规划50-64
• 4.1 UR3机器人的运动学模型50-56
• 4.1.1 DH模型51-52
• 4.1.2 机器人正运动学52-54
• 4.1.3 机器人的逆运动学54-56
• 4.2 焊接机器人自主示教的系统组成56-58
• 4.2.1 自主示教系统的硬件组成56-58
• 4.2.2 自主示教系统的软件介绍58
• 4.3 焊接机器人自主示教的实现58-61
• 4.3.1 控制原理58-60
• 4.3.2 计算机与机器人控制器的通讯60-61
• 4.4 焊接机器人轨迹规划61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第五章 焊接路径的视觉识别实验与分析64-69
• 5.1 自主示教实验64-67
• 5.1.1 焊接实验样品选择64-65
• 5.1.2 实验结果65-67
• 5.2 焊接路径采集误差分析67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间发表的论文75
• 攻读学位期间参加的科研项目75-77
• 致谢77-78
• 附录 UR3机器人通讯接口程序设计78-82

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