基于激光測距傳感器掃描波紋板焊接軌跡自動恢復(fù).pdf

1、波紋腹板H型鋼因其相對于普通的H型鋼有強度高，抗剪切性能好及自重輕等方面的優(yōu)勢，在廠房橫梁、生活建筑及橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來越廣泛。相比較目前應(yīng)用的手工及半自動焊接，機器人自動化焊接具有質(zhì)量穩(wěn)定、效率高等優(yōu)勢，是波紋腹板等各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接的發(fā)展方向。
　　本文是以目前在工程中應(yīng)用比較廣泛的正弦波波紋板為基礎(chǔ)，開發(fā)了基于激光測距傳感器掃描波紋板焊接軌跡自動恢復(fù)系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，通過VC編程開發(fā)了一個包括數(shù)據(jù)采集、存儲、算法處

2、理、坐標轉(zhuǎn)換與姿態(tài)確定等功能的機器人弧焊系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計為將激光傳感器和編碼器分別安裝于機器人焊槍上和滑臺上，采用即插即用的數(shù)據(jù)采集卡通過電纜和端子板與上述兩個采集設(shè)備相連，并安裝在工控機內(nèi)部，最后利用以太網(wǎng)實現(xiàn)機器人與工控機交互通信。
　　為了確定機器人焊接時焊槍的坐標位置，因此需要同時獲取波紋板三個方向的信息，本文提出了一種采集方法即基于編碼器和激光測距傳感器外部檢測設(shè)備用來獲取波紋板縱向和高度信息，并分別與通道相匹配的數(shù)

3、據(jù)采集卡相連，通過VC++編程開辟二者的采集通道，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定、精確的傳輸與存儲。
　　數(shù)據(jù)的誤差大小影響軌跡恢復(fù)的整體精度，進而會對焊接效果產(chǎn)生干擾，因此有必要對采集的數(shù)據(jù)進行算法處理，以提高數(shù)據(jù)的準確性。本文研究對比幾種數(shù)字濾波算法，發(fā)現(xiàn)采用復(fù)合濾波算法即首先利用改進限幅濾波算法對數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后通過五點三次濾波算法進一步的數(shù)據(jù)平滑，結(jié)果表明波形精度以及誤差精度比原始數(shù)據(jù)有了很大的提升，在很大程度上去除較大的毛刺，得到

4、了比較滿意的效果。
　　焊縫軌跡的規(guī)范程度決定了焊槍工作軌跡的準確性，對于焊接工藝的設(shè)計具有重要的意義。本文提出了兩種焊接軌跡恢復(fù)的實現(xiàn)方法，即對選取能夠表達波形特征的9個點和13個點分別用直線擬合和曲線擬合方式實現(xiàn)焊接軌跡的恢復(fù)，通過對比發(fā)現(xiàn)后者的曲線擬合方式具有較好的波形精度和誤差精度，因此選擇軌跡恢復(fù)最佳方式為波峰及波谷實現(xiàn)曲線擬合，上坡段和下坡段實現(xiàn)直線擬合。
　　為了按焊接工藝習(xí)慣描述焊接位置和焊槍姿態(tài)，本文首先按

5、照機器人坐標向量形式對數(shù)據(jù)進行坐標變換，然后提出了兩種姿態(tài)的獲取方式，第一種可以通過示教器直接讀取姿態(tài)值，第二種引入了焊槍姿態(tài)變換的數(shù)學(xué)模型，研究了一種根據(jù)焊接工藝參數(shù)求解焊槍位姿矩陣的算法，經(jīng)過連續(xù)的坐標系變換獲得了焊槍在機器人基坐標系中的位姿矩陣。結(jié)合機器人坐標和姿態(tài)可以生成機器人可執(zhí)行程序。
　　機器人通過讀取生成的可執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)自動運行，考慮到傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率，本文研究了工控機與機器人控制柜之間基于FTP協(xié)議的以太網(wǎng)通信