基于视觉的三维纺织复合材料预制件单面缝合接缝检测与缝合仿真研究

摘要

三维纺织复合材料以其质地轻、强度高、韧性和柔性好的特点将成为21世纪高档汽车、航空、航天等制造技术新材料发展的主流方向之一。复合材料的增强织物结构通常是三维结构，所以使用传统的双边缝合技术从被缝合件的上下两面进行缝合有许多的限制，为了解决缝合的这一缺点，许多国家把目光投向了单面缝合技术，并且研究出了机器人单面缝合系统。另外，为了提高单面缝合机器人的灵活性和智能性，机器视觉在纺织复合材料中得到了越来越多的应用。其中基于结构光视觉的接缝跟踪缝合技术是本文研究的关键，也是单面缝合工作研究中的一个热点和难点。 本研究主要是玻璃纤维纺织复合材料缝合物预制件的接缝单面缝合，从接缝数字图像处理技术和接缝轨迹的跟踪缝合技术两个方面展开研究。主要完成了以下几个方面工作： （1）采用线结构光视觉跟踪技术给出了单面缝合机器人的视觉跟踪缝合系统，并且针对单面缝合系统中的视觉传感器结构建立了视觉传感器数学模型，经过实验建立的该数学模型可以有效的实现接缝的坐标转换。 （2）在图像预处理中，针对玻璃纤维缝合物表面反光严重、存在大量毛刺和编织花结，采用图像增强、中值滤波、数学形态学开启算子等进行图像处理，从而获得了清晰的接缝图像。 （3）在接缝图像后处理中，分别采用形态学细化算法和逐列搜索法获取中心线，实验结果表明逐列搜索法可以提取到最佳的接缝中心线。采用探测搜索法对提取到的中心线进行特征点检测，根据检测到的特征点坐标计算接缝偏差，从而可以实现接缝的偏差调整。 （4）为了实现接缝的轨迹跟踪缝合，对ABB 单面缝合机器人进行各关节坐标系建立，根据机器人正、逆运动学分析，采用MATLAB 软件计算出六个关节角的表达式，然后采用直线插补和曲线插补算法实现接缝轨迹的跟踪仿真，实验结果表明该方法能够很好的实现接缝跟踪，为单面缝合机构的接缝缝合工作打下了良好的基础。（5）针对纺织复合材料对缝合质量的要求，选取合适的缝合参数和缝合线迹，为下一步的仿真实验做准备。在线迹仿真实验中，采用人字形缝合线迹完成直线、抛物线和圆弧接缝缝合，取得了较好的实验结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 单面缝合机器人视觉跟踪缝合系统

第三章 缝合物的接缝图像处理及偏差检测方法

第四章 单面缝合机器人的运动学分析及接缝轨迹跟踪

第五章 单面缝合中接缝的仿真缝合实验

第六章 结论与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间所获得的相关科研成果