【摘要】：工業(yè)機器人在焊接領域的應用得到迅速的發(fā)展,覆蓋面越來越廣�！笆窘�-再現(xiàn)”模式在機器人焊接作業(yè)中最為常見。為確保這種工作模式能夠被準確應用在以焊接作業(yè)為主的環(huán)境中,需要操作者在焊接前工序工作中完成點焊,以便于工件的準確定位。由于工件本身具有的形狀和位置偏差,以及其他不可避免的因素如沖壓變形和毛刺等這些都會帶來焊接邊緣的定位誤差,使得實際焊接軌跡與示教軌跡不重合,出現(xiàn)跟蹤偏差問題,降低了焊接精度,最終達不到焊接質量要求。一般而言,校正焊接軌跡是提高焊接工件質量的前提條件。為此,本文提出在焊接前進行工件焊接軌跡的測量和校正的方法。該方法主要以條紋式激光傳感器作為檢測手段,并設計了基于條紋式激光傳感器的焊縫測量系統(tǒng)。區(qū)別于一般的焊接機器人末端,此處需安裝激光傳感器。傳感器檢測獲取焊縫截面二維幾何信息并提取特征點,將這些特征點應用NURBS曲線擬合獲得完整的焊縫軌跡。本課題來源于國家科技重大專項“五千臺具有完全自主知識產(chǎn)權的面向機床自動化生產(chǎn)的機器人開發(fā)及產(chǎn)業(yè)工程”(項目編號:2015ZX04005006)和廣東省科技重大專項項目“面向數(shù)控機床與機器人集成一體化技術的研究”(項目編號:2014B090920001)。圍繞著如何在焊接前進行工件焊接軌跡的測量和校正,展開對相關問題的探討。本文內(nèi)容主要分為以下幾個部分:研究了激光數(shù)據(jù)的分析處理方法,包括濾波處理和平滑處理兩個過程。濾波處理采用的方法是Hampel濾波算法,該算法能找出數(shù)據(jù)中的異常值并將其進行剔除。平滑處理采用一階加權線性最小二乘法。MATLAB中的smooth函數(shù)為平滑處理提供了六種不同的方法,通過實例對比可知,采用其中的一階加權線性最小二乘法對數(shù)據(jù)進行平滑處理,在不丟失數(shù)據(jù)特征的前提下能較大程度減少數(shù)據(jù)中的噪聲干擾。研究了基于SDP的條紋式激光傳感器與機器人之間的手眼標定方法。建立了激光測量坐標系與機器人末端坐標系之間變換關系的辨識模型,并對該模型采用基于半正定規(guī)劃方法進行模型參數(shù)辨識和物理可行性辨識,得到滿足物理可行性約束條件下的精度較高的標定結果。標定結果驗算的平均誤差為-0.2863mm,考慮到測量過程中存在的多種誤差,認為該結果能滿足焊接精度要求。研究了基于NURBS曲線的焊縫軌跡擬合算法。從局部和全局兩個方面對插值和逼近算法進行了研究,研究了全局曲線插值、局部曲線插值、全局曲線逼近和局部曲線逼近四種擬合算法,通過對四種算法的優(yōu)缺點進行比較,得到適合作為焊縫曲線擬合的算法。設計和搭建了一個8自由度機器人自動焊接平臺。硬件系統(tǒng)包括安川6自由度焊接機器人、變位機構和LPS 36HI型條紋式激光傳感器等,控制系統(tǒng)包括安川DX200型控制器和運行Windows系統(tǒng)的上位機軟件模塊。利用該平臺對本文理論研究進行實驗驗證。實驗內(nèi)容分為三個方面,包括對采集的激光數(shù)據(jù)進行的濾波和特征點提取算法實驗驗證,激光傳感器相對于機器人末端的SDP標定算法實驗,焊縫特征點NURBS曲線擬合結果與分析。通過對實驗結果誤差分析可知,擬合得到的焊縫軌跡平均誤差為0.8mm,滿足焊接精度要求。本文的創(chuàng)新成果有以下三點:(1)提出了基于條紋式激光傳感器的焊縫軌跡校正方法。搭建了一個由激光傳感器、工業(yè)機器人、變位機、工業(yè)控制計算機等組成的測量系統(tǒng),由機器人固定傳感器于測量工件的有效測量范圍內(nèi),通過變位機帶動被測工件做旋轉運動,實現(xiàn)對焊縫整體特征的測量。(2)提出了一種根據(jù)焊縫軌跡特征點進行NURBS曲線擬合的方法。利用Hampel濾波器剔除數(shù)據(jù)中的異常值,并用一階最小二乘擬合進行數(shù)據(jù)的平滑處理,從而提取焊縫特征點,并根據(jù)這些特征點進行NURBS曲線擬合,獲得完整的焊縫軌跡。(3)提出了一種基于半正定規(guī)劃的模型辨識及標定算法,通過分析激光測量坐標系與機器人末端坐標系之間的轉換關系,建立其辨識模型,并對該模型采用基于半正定規(guī)劃法進行模型參數(shù)辨識和物理可行性辨識,得到滿足物理可行性約束條件下的精度較高的標定結果。該方法的優(yōu)點是獲得的標定結果能滿足模型的物理可行性約束,即滿足姿態(tài)矩陣兩兩正交的約束條件,辨識模型具有更高的穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG441.7
【圖文】：

究背景及意義六自由度工業(yè)機器人鏈接傳感器進行焊縫檢測，設計了測系統(tǒng)。本課題來源于國家科技重大專項“五千臺具自動化生產(chǎn)的機器人開發(fā)及產(chǎn)業(yè)工程”（項目編號：201大專項項目“面向數(shù)控機床與機器人集成一體化技術的920001）。通�？梢苑譃槿悾喝斯ず附印⒆詣雍附訉C、焊接環(huán)境通常帶有較大的粉塵、強光污染、噪聲、有害氣體且焊接操作對工人的熟練度和經(jīng)驗有較高的要求[2,3]。響，工作年限與其他行業(yè)相比普遍較低，因此焊接工人[4-7]。圖 1-1 展示了焊接工人的工作情景。

圖 1-2 龍門焊機作業(yè)情景[8]種焊接工藝相比，焊接機器人優(yōu)點在于動作敏捷、定位精性和可靠性強等。由于焊接機器人具有足夠的自由度，其程也更為靈活，因此焊接機器人能適應多種焊接需求[17-29焊接的方式提供了更多的可能。實際上，工業(yè)制造領域上半為焊接機器人，而且機器人在焊接生產(chǎn)上的應用正逐年

圖 1-2 龍門焊機作業(yè)情景[8]與上述兩種焊接工藝相比，焊接機器人優(yōu)點在于動作敏捷、定位精確，自動高、安全性和可靠性強等。由于焊接機器人具有足夠的自由度，其柔性特征，焊接過程也更為靈活，因此焊接機器人能適應多種焊接需求[17-29]。機器人特性也為焊接的方式提供了更多的可能。實際上，工業(yè)制造領域上所使用的人超過一半為焊接機器人，而且機器人在焊接生產(chǎn)上的應用正逐年增長。圖接機器人的作業(yè)情景。

【參考文獻】

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本文編號：2750772