基于工业焊接机器人视觉伺服控制研究.pdf

论文答辩日期——中国科学院研究生院博士学位论文一基王王些埕接扭墨厶的塑堂甸腿撞剑婴窥婆医班窒旦生围型堂暄自动丝受塞压筮焦副婴窒旦生垦型堂院鱼麴焦班塞压盟±学科专业名称揎剑堡迨皇撞剑王猩生垦型堂瞳自麴化婴窒逝史国型堂暄婴塞生隧王麟琨指导教师申请学位级别论文提交日期荩培养单位学位授予单位答辩委员会主席分类号密级编号
摘要焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备,能够提高焊接质量和生产率,改善工人劳动条件。目前,以示教一再现工作方式为主的焊接机器人缺乏灵活性,也不适用于复杂工件,无法满足工业生产的需要。因此,研制基于视觉传感器并具有焊缝自动跟踪能力的焊接机器人具有广阔的应用前景和重要研究意义,本文针对焊接机器人视觉控制系统的设计和视觉伺服控制算法开展了研究工作。第一,本文首先总结了机器人视觉伺服控制的结构和主要研究内容,比较了几种主要的视觉伺服方法,分析了视觉伺服控制所面临的主要问题,详细阐述了近期提出的一些解决方法。其次,回顾了焊接机器人的发展过程以及当前的研究热点并对今后的发展趋势进行了展望。第二,设计了焊接机器人的视觉传感器系统,提出了有效的结构光参数标定算法。针对六自由度工业机器人,提出一种多层次结构的控制框架,并在此框架基础上设计并开发了弧焊机器人控制系统和多机器人视觉控制系统。第三,提出了强噪声干扰环境下焊缝图像特征抽取算法和焊缝参数估计算法。图像特征抽取算法由目标区域确定算法、基于自适应阈值的去躁算法以及基于数据集分割的特征抽取算法组成。焊缝参数估计算法由直线焊缝方向的鲁棒拟合算法、基于方法的焊件法线估计算法以及局部加权的曲线焊缝方向拟合算法组成。第四,针对六自由度焊接机器人跟踪直线焊缝过程中存在的问题,本文提出了一种初始姿态白调整算法和混合的视觉伺服控制算法。初始姿态自调整算法通过建立目标坐标系和当前工具坐标系,计算需要调整的运动量。混合的视觉伺服控制算法采用基于位置的视觉伺服控制使焊枪沿焊缝方向运动,采用基于图像的视觉伺服控制来消除图像偏差。第五,提出了曲线焊缝跟踪的视觉伺服协调控制方法,设计了一种控制量论域动态确定的双层模糊视觉伺服控制器,在保证焊枪运动准确的同时,保证视觉跟踪过程中图像特征处在视场有效范围内。为了准确确定控制量论域,建立了特征点的数学模型,并在此基础上设计了带模型动态补偿的滤波器以实现对特征坐标的准确预测。第六,针对工业焊接小车执行折线焊缝视觉跟踪所面临的主要问题,摘要
本文提出了自适应视觉伺服控制结构,以提高跟踪精度和鲁棒性。这种自适应结构在线检测焊缝方向,并能够在焊缝方向发生变化时对控制参数进行相应的调整。为了实现该控制结构,建立了视觉特征的控制模型,设计了错误数据的检测算法、焊缝方向变化检测算法、参考像素坐标调整算法及混合结构的视觉伺服控制算法。最后,本文对所取得的研究成果进行了总结,并指出需继续开展的工作。关键词:焊接机器人,视觉传感器,机器人视觉控制系统,视觉伺服控制,参数估计,特征提取摘要
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签名:幽日期独创性声明关于论文使用授权的说明日期:塑芏:啦谖鳎希輔中国科学院自动化研究所有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;本人声明所成交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。本人完全了解中国科学院自动化研究所有关保留、使用学位论文的规定,即:可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
论第一章绪机器人视觉伺服研究进展焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备,是从事焊接ㄇ懈钣肱缤的工业机器人。其主要优点在于稳定性高,能够提高焊接质量和生产率,改善工人劳动条件等⋯。目前。焊接机器人的工作方式以示教一再现为主,这种方式缺乏灵活性,不适用于复杂工件。而工业生产正向着更高柔性的方向发展,要求焊接机器人具有一定的通用性和灵活性,提高焊接机器人的智能将是今后发展的方向¨:阜熳远偈翘岣吆附踊魅酥悄艹潭纫约巴ㄓ眯缘那疤幔也是当前所面临的主要问题之一。由于视觉传感器具有获取信息量大,非接触测量等优点,所以视觉传感器在焊缝检测中具有广泛的应用前景。目前,国际上已有视觉传感器在焊缝检测领域成功应用的实例。除传感器之外,基于视觉弓嫉暮附踊魅胨媪俚闹饕N侍馐腔人的视觉伺服控制问题。随着科学技术的发展以及机器入应用领域的扩大,人们对机器人技术提出了更高的要求,希望机器人具有更高的智能和更强的适应环境的能力,能够在一些人所不