基于视觉导引与电弧跟踪的焊接机器人系统-材料科学与工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 上海 上海交通大学硕士学位论文 基于视觉导引与电弧跟踪的焊接机器人系统 摘 要 焊接机器人的广泛使用为焊接自动化的发展起到了巨大的推动作用。 为了提高焊接机器人的柔性化和智能化，需要给机器人配置传感器，赋 予其获得外部信息的能力。视觉传感具有信息量大、识别精度高等优点， 可用于焊缝关键点的识别和定位。但是，对于高度上有变化的空间曲线 焊缝，如果用视觉获取高度信息，必须解决立体匹配等难题。相比之下， 电弧传感是利用焊接回路中电弧信号与焊枪高度之间的对应关系来实现 焊缝的高度跟踪，实时性好，稳定性高。因此，本文结合视觉传感和电 弧传感的技术优势，开发了一套智能化焊接机器人系统，利用视觉传感 可实现初步的焊前轨迹规划和初始焊位导引，通过电弧传感来实现焊缝 的高度跟踪。 本文基于模块化的设计思想，搭建了系统的硬件平台，分别开发了 焊接机器人模块、视觉传感模块和电弧跟踪模块。采用独特的圆形点阵 标定靶，利用 MATLAB 标定程序，快速完成相机标定和手眼标定。针对 焊缝区域的图像特点，提出了合理的图像处理算法，可以准确获取焊缝 起始点和终点在图像上的像素坐标。通过“一目双位”的方式进行三维 重建计算 3D 坐标，实现初步的轨迹规划和初始焊位的自主导引。 1 本文设计了不同截止频率的数字巴特沃斯滤波器，对焊接电流信号 进行滤波和分析，确定了最佳的截止频率；提出了提取焊接电流特征值 的算法，并建立了焊接电流信号与焊枪高度之间的对应关系，对 PID 控 制器进行了参数化设计。 本文在硬件平台的基础上，开发了软件系统，包括计算机主程序、 机器人程序和 DSP 程序，软件界面友好，操作简单。基于该系统，进行 了导引和电弧跟踪实验。结果表明，相机在距离工件 120mm 到 210mm 拍摄时，在 x、y、z 方向上的导引精度分别为±0.5mm，±0.4mm 和±1.0mm； 电弧高度跟踪的精度为±1.1mm。最后对拱形对接焊缝进行了焊接实验， 实现自主导引和电弧高度跟踪，精度满足要求，再次验证了本系统视觉 传感和电弧传感的可靠性。 关键词：焊接机器人、立体视觉、导引、电弧跟踪、DSP 2 WELDING ROBOT SYSTEM BASED ON VISUAL GUIDANCE AND ARC TRACKING ABSTRACT The widely use of welding robot has played a significant role in promoting the development of welding automation. In order to increase the intelligentize and flexibility of the welding robot, it should be equipped with sensors to obtain external information. Visual sensing has advantages of getting a large amount of information and high precision of recognition. Therefore, it can be used in the recognition of key points of welding seam. However, for the curvilinear seam which has variation in the height, the difficult problem of stereo matching has to be solved while using visual sensing to obtain the information of height. In contrast, arc sensing is to use the relationship of arc signal in welding circuit and the torch height to realize the seam tracking in height direction, which has good real-time property and high stability. Thus, in this article an intelligentized welding robot system was developed combing the advantages of visual sensing and arc sensing. It could realize the preliminary path plann