水火弯板自动化加工系统的研究及设计

摘要

随着工业机器人技术的迅速发展，工业机器人在装备制造业中得到了越来越广泛地应用。在船体外板加工领域，水火弯板成形工艺是目前国内外各大造船企业普遍采用的技术。水火弯板技术的工艺复杂，需要考虑的外部条件较多。在自动化浪潮席卷制造业的背景下，现在大部分船企依然依靠经验丰富的工人师傅进行船体外板的水火弯板加工。手工方法加工弯板效率较低且弯板加工车间环境恶劣。因此为提高加工效率，改善工作环境，本文提出了使用工业机器人的水火弯板自动加工系统。
　　本文参考传统的手工弯板加工方法，结合项目采用的ABB IRB4600六轴机器人的实际状况，研究并设计了一套水火弯板自动化加工系统。这套系统以机器人及视觉器件为核心，以机器人控制器为控制机构，以六自由度机械臂为执行机构，再辅以激光测距仪、火焰控制装置及人机交互系统，实现了机器人的运动路径规划，行走姿态控制以及远距离操控等功能。使用该系统进行曲面弯板烤火加工的流程主要包括焰道预布置、焰道识别、机器人运动轨迹规划、弯板烤火热加工等步骤。对于焰道标识的识别，考虑到工作车间光线强度不定及粉尘弥漫的实际状况，本文设计了一套适合工业现场实际状况的视觉识别流程，用以准确的识别标记并确定标记空间位置。对于机器人的焰道加工运动轨迹及行走姿态，本文采用三维激光测距调整方法调整机器人姿态，并基于识别标记时的机器人姿态和焰道位置数据进行烤火运动轨迹规划。本文描述的水火弯板加工样机已在大连船舶重工集团的水火弯板加工车间进行了多次试验，试验结果表明自动化加工设备可以提高曲面弯板加工效率，降低返工率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 船体外板自动化加工研究意义

1．2 水火弯板技术研究现状

1．3 工业机器人的研究意义及发展现状

1．3．1 工业机器人的研究意义

1．3．2 工业机器人的研究现状

1．4 课题来源及本文结构安排

2 水火弯板工艺流程

2．1 水火弯板工艺原理

2．2 水火弯板工艺介绍

2．3 本章小结

3 水火弯板自动化加工总体方案设计

3．1 系统总体框图

3．2 系统组成

3．2．1 工业机器人

3．2．2 摄像头

3．2．3 激光测距仪

3．2．4 火焰控制装置

3．2．5 通信系统

3．2．6 人机交互系统

3．3 水火弯板自动化加工工艺流程

3．4 本章小结

4 基于视觉引导机器人的钢板标识识别

4．1 识别方案设计

4．2 图像去噪

4．3 图像边缘检测算法

4．3．1 常用边缘检测算子

4．3．2 边缘检测算子实验分析

4．4 图像二值化

4．4．1 几种计算阈值的方法

4．4．2 局部-整体相结合的阈值法

4．4．3 几种图像二值化方法的实验结果及分析

4．5 图形定位分割

4．6 图像识别

4．6．1 矩

4．6．2 Hu不变矩方法

4．7 焰道标记中心点与视野中心点的偏差

4．8 本章小结

5 机器人的运动控制

5．1 机器人位姿描述和坐标变换

5．1．1 位姿描述

5．1．2 坐标变换

5．2 机器人运动学模型

5．2．1 机器人连杆的描述

5．2．2 连杆坐标系及位姿矩阵

5．2．3 位置姿态ABB工业机器人中的表示方法

5．3 机器人运动控制方案

5．3．1 机器人烤火控制方案

5．3．2 三维激光测距调整

5．3．3 识别焰道标记

5．3．4 规划烤火路径与烤火加工

5．4 水火弯板加工实验

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢