基于工業(yè)焊接機器人的視覺伺服控制研究.pdf

1、焊接機器人是在工業(yè)機器人基礎上發(fā)展起來的先進焊接設備，能夠提高焊接質量和生產率，改善工人勞動條件。目前，以示教-再現(xiàn)工作方式為主的焊接機器人缺乏靈活性，也不適用于復雜工件，無法滿足工業(yè)生產的需要。因此，研制基于視覺傳感器并具有焊縫自動跟蹤能力的焊接機器人具有廣闊的應用前景和重要研究意義，本文針對焊接機器人視覺控制系統(tǒng)的設計和視覺伺服控制算法開展了研究工作。 第一，本文首先總結了機器人視覺伺服控制的結構和主要研究內容，比較了幾種主

2、要的視覺伺服方法，分析了視覺伺服控制所面臨的主要問題，詳細闡述了近期提出的一些解決方法。其次，回顧了焊接機器人的發(fā)展過程以及當前的研究熱點并對今后的發(fā)展趨勢進行了展望。 第二，設計了焊接機器人的視覺傳感器系統(tǒng)，提出了有效的結構光參數(shù)標定算法。針對六自由度工業(yè)機器人，提出一種多層次結構的控制框架，并在此框架基礎上設計并開發(fā)了弧焊機器人控制系統(tǒng)和多機器人視覺控制系統(tǒng)。 第三，提出了強噪聲干擾環(huán)境下焊縫圖像特征抽取算法和焊縫參

3、數(shù)估計算法。圖像特征抽取算法由目標區(qū)域確定算法、基于自適應閾值的去躁算法以及基于數(shù)據(jù)集分割的特征抽取算法組成。焊縫參數(shù)估計算法由直線焊縫方向的魯棒擬合算法、基于RANSAC方法的焊件法線估計算法以及局部加權的曲線焊縫方向擬合算法組成。 第四，針對六自由度焊接機器人跟蹤直線焊縫過程中存在的問題，本文提出了一種初始姿態(tài)自調整算法和混合的視覺伺服控制算法。初始姿態(tài)自調整算法通過建立目標坐標系和當前工具坐標系，計算需要調整的運動量。混合

4、的視覺伺服控制算法采用基于位置的視覺伺服控制使焊槍沿焊縫方向運動，采用基于圖像的視覺伺服控制來消除圖像偏差。 第五，提出了曲線焊縫跟蹤的視覺伺服協(xié)調控制方法，設計了一種控制量論域動態(tài)確定的雙層模糊視覺伺服控制器，在保證焊槍運動準確的同時，保證視覺跟蹤過程中圖像特征處在視場有效范圍內。為了準確確定控制量論域，建立了特征點的數(shù)學模型，并在此基礎上設計了帶模型動態(tài)補償?shù)腒alman濾波器以實現(xiàn)對特征坐標的準確預測。 第六，針對