弧焊机器人焊缝跟踪系统的研究和实现

发布时间：2017-09-22 18:34

  本文关键词：弧焊机器人焊缝跟踪系统的研究和实现

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【摘要】：机器人焊接是现代生产制造的关键技术之一,如何提高焊接智能性已成为现代焊接制造工艺发展必须要解决的问题。然而,现在的机器人大多都是示教再现型,应变能力较差,对于工件的装配精度要求也比较高。如果在焊接过程中存在工件的装配偏差和热应力变形,机器人则无法复现理想的示教轨迹,这也将直接影响焊接的质量和一致性。单纯的机器人系统没有能力检测到焊缝的偏差,因此需要一个独立的焊缝偏差检测系统把偏差信息发送给机器人控制器,以便机器人在焊接过程中自主做出路径调节。本文对弧焊机器人进行了运动学分析,采用一种六点工具坐标系标定方法标定了焊枪坐标系。然后对笛卡尔空间的轨迹进行了S型加减速曲线插补,提出一种参数化的摆焊轨迹规划方案。该方案计算少,可以方便的修改参数来改变轨迹。此外,分析焊接时电弧的静态物理数学模型,得到焊枪高度和焊接电流的线性关系。结合本文提出的摆焊插补,研究了一种机器人摆动电弧传感器,采用了一种从频域进行滤波和偏差提取的方案,实验证明可以准确得到焊缝位置偏差信息。根据电弧传感器得到的偏差信息,提出了一种轨迹在线纠偏方案。本文还着重研究了结构光视觉传感器,根据结构光检测原理设计了一个结构光视觉传感器,采用了一种基于运动的摄像机内参、结构光平面、机器人手眼标定方案。并对摄像机采集的图像进行处理,得到特征点的像素坐标,再经过标定的视觉系统转换到机器人坐标系中就得到焊缝的位置信息,根据这些位置信息提出了一种机器人轨迹在线纠偏方案。本文提出的一种参数化的摆焊轨迹规划,大大减少了插补运算过程,适用于宽焊缝的焊接,并且为研究摆动电弧传感器提供了条件。设计的电弧传感器具有结构简单、成本低、方便实现等优点,可以实现V型焊缝和角焊缝的焊缝跟踪功能。设计的视觉传感器标定过程简单,为更加复杂的焊缝实现跟踪它提供了可能。
【关键词】：弧焊机器人 摆焊 焊缝跟踪 电弧传感器 结构光视觉传感器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及研究意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 国外研究现状8-9
• 1.2.2 焊缝跟踪技术的研究9-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 第2章 弧焊机器人的运动学分析和轨迹规划14-30
• 2.1 机器人运动学建模14-19
• 2.1.1 机器人的正解16-17
• 2.1.2 机器人的逆解17-19
• 2.2 工具坐标系的标定19-24
• 2.2.1 工具坐标系位置的标定19-21
• 2.2.2 工具坐标系姿态的标定21-22
• 2.2.3 工具坐标系姿态的描述22-24
• 2.3 笛卡尔空间的轨迹规划24-27
• 2.4 摆焊轨迹规划27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 基于电弧信号的焊缝位置检测30-40
• 3.1 焊接电弧传感器模型的建立和仿真30-35
• 3.1.1 焊接电弧静态数学模型的推导30-32
• 3.1.2 电弧传感器原理和仿真32-34
• 3.1.3 理论偏差的提取34-35
• 3.2 焊接电流的采集和分析35-37
• 3.2.1 焊接电流的采集35-36
• 3.2.2 焊接电流的滤波和偏差提取36-37
• 3.3 验证滤波和偏差提取方案37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 基于结构光视觉的焊缝位置检测40-56
• 4.1 结构光视觉传感器的设计40
• 4.2 结构光视觉传感器的数学模型的建立40-43
• 4.2.1 摄像机模型40-42
• 4.2.2 结构光投影模型42-43
• 4.3 机器人与结构光视觉传感系统的标定43-52
• 4.3.1 摄像机内参标定和结构光平面参数标定43-45
• 4.3.2 机器人与摄像机的手眼标定45-47
• 4.3.3 标定实验47-52
• 4.4 焊缝特征点提取52-55
• 4.5 本章小节55-56
• 第5章 焊缝跟踪实验和分析56-62
• 5.1 电弧传感器偏差补偿方案56-57
• 5.2 电弧传感器焊缝跟踪实验57-60
• 5.3 视觉传感器焊缝偏差补偿方案60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 致谢68

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本文编号：902419