弧焊机器人焊缝跟踪系统与位移运动学研究

摘要

弧焊机器人运动及其焊缝跟踪系统是焊接自动化的热点研究领域之一.本学位论文对弧焊机器人的焊缝跟踪系统进行了分析,对关节机器人运动学位移正、逆问题进行了求解,并使用MATLAB平台编制了相应的仿真程序进行了验证.主要研究内容如下:研究了焊缝跟踪系统的图像检测和坐标点提取的方法,对基于视觉信息反馈的控制过程进行了描述.随后使用windows环境下的程序设计工具VC++6.0开发了一个焊缝提取调试程序.通过调用跟踪系统内部函数,程序可以设定、调整提取特征值坐标所需的参数,并实时的观察图像采集显示焊缝的结果. 为了利用焊缝跟踪系统提取的焊缝位置信息来修正末端执行器的轨迹,需要求解机器人运动学逆问题,并利用求解结果来驱动各关节电机运动.论文对机器人运动学求解采用前置D-H坐标的分析方法,先推导出了机器人的运动学正解,随后利用该机器人运动学结构的特点,推导出了机器人逆解中位置解,再借助Z-Y-Z欧拉角的方法求解了机器人姿态解,同时分析了求解过程中的问题.最后使用MATLAB中的图形用户界面(GUI)的工具设计出交互程序.通过编辑框给定各关节转角,求解正解的数值和空间图形.进而利用编辑框给定机器人的末端位姿,模拟焊缝跟踪系统得到的焊缝位置坐标,通过GUI程序求逆解并显示出机器人跟踪此焊缝动作的一系列位置点,并把这些逆解位置点连接成空间曲线,来展示弧焊机器人各个关节和末端操作器的模拟运动过程. 本论文以一套完整的激光视觉焊缝跟踪系统的弧焊机器人为研究对象,有关研究方法和结论对结构相似的机器人或空间机构也有着参考意义.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文使用授权声明

1.绪论

1.1研究背景与机器人发展概述

1.2焊接机器人总体综述

1.2.1焊接机器人发展与现状

1.2.2弧焊机器人系统

1.2.3焊缝跟踪系统

1.3弧焊机器人运动控制

1.3.1工业机器人控制技术的发展与现状

1.3.2机器人控制过程与基本要求

1.4本论文的研究目的及研究内容

2激光焊缝跟踪系统

2.1焊缝跟踪系统的分类

2.2激光焊缝跟踪系统概况

2.2.1机器视觉伺服定义与实现

2.2.2视觉伺服的分类

2.2.3视觉三角测量原理

2.3图像处理原理

2.4焊缝跟踪传感器系统的硬件构成

2.4.1激光图像跟踪传感器构成

2.4.2激光焊缝跟踪系统硬件构成

2.5激光焊缝跟踪系统的调试软件

2.6焊缝图像特征点提取过程分析

2.7提取图像结果显示

2.8本章小节

3弧焊机器人位移运动学正逆问题分析

3.1六自由度弧焊机器人位移正逆解概述

3.2弧焊机器人前置D-H坐标系的选取方法

3.3弧焊机器人运动学正问题

3.3.1求正问题中的总转换矩阵

3.3.2验证正解

3.4弧焊机器人运动学逆问题

3.5空间六自由度弧焊机器人位移逆问题算法求解

3.5.1求逆解中决定位置的关节角

3.5.2求逆解中决定姿态的关节角

3.5.3弧焊机器人逆解多值问题分析

3.6本章小结

4.弧焊机器人位移运动学正逆问题仿真

4.1弧焊机器人位移逆解的MATLAB数值仿真结果

4.2 MATLAB的图形用户界面介绍

4.3图形用户界面GUI设计工具

4.4弧焊机器人图形界面设计

4.4.1机器人运动学正逆解GUI图形用户界面程序

4.4.2弧焊机器人运动学逆解

4.4.3弧焊机器人运动学正解验证

4.4.4弧焊机器人位移逆解多值讨论

4.5本章小节

5.结论与展望

5.1结论

5.2现存问题与展望

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文