遥控焊接中立体视觉系统标定

为了提高遥控焊接智能化水平,设计了一套立体视觉系统进行焊接机器人环境的三维重建.对立体视觉系统参数标定分两步完成,首先使用基于平面模板的方法离线标定摄像机的内参数和两个CCD摄像机之间的位置关系等不变参数.然后使用线性方法对摄像机坐标系和焊接机器人工作坐标系之间的关系进行在线标定.标定试验重建结果的平均误差小于1 mm,最大误差小于3 mm.     

基于虚拟监控技术的遥控焊接机器人虚拟环境标定及实验分析

通过分析标定的影响因素,得出遥控焊接机器人虚拟环境标定的最优数据。给出三组不同的焊缝形式的焊接虚拟环境标定实验,实现焊接机器人与焊缝的位姿标定。实验表明,基于虚拟监控技术的焊接机器人标定具有较高的精度,可实现遥控焊接任务。     

基于自动力觉传感器力控策略的遥控焊接虚拟环境标定

利用T形管试件,采用自动力觉传感器力控策略的遥控焊接虚拟环境标定法来降低试件虚拟环境标定的误差。该方法主要通过自动力觉传感器直角系切面轮廓线的力控策略和轨迹跟踪最小二乘拟合算法、试件标定算法,实现对试件表面接触点空间坐标的精确定位和试件的虚拟环境标定。实验证明,该方法可以大大提高虚拟环境标定的精度,满足大多数遥控焊接接触的要求。     

基于双目视觉和距离误差模型的工业机器人运动学参数标定方法

基于距离误差模型的标定技术,建立机器人末端距离误差与机器人运动学参数误差间的模型关系,避免了标定过程中坐标系的转换误差,能显著提高标定精度。视觉测量技术具有测量精度高、非接触性、实时性强等特点,与传统的机器人末端测量手段相比,具有成本低、操作简单等优势。研究一种将距离误差模型与视觉测量技术相结合的机器人标定方法,用于提高工业机器人特定工作空间的精度。采用双目视觉系统,将相机外置于机器人进行测量。基于距离误差模型进行机器人参数标定,利用标定结果进行运动学参数补偿。结果表明:特定标定工作空间内的距离误差都有所改善;在标定轨迹上,绝对距离误差的平均值从0.279 9 mm减少为0.104 4 mm,非标定轨迹的误差降幅高达50%以上,验证了该方法的可行性。     

焊缝三维信息计算精度分析及试验方法

双目视觉技术模拟人双眼观察世界的功能,在焊接领域可用来模拟焊工对焊件的观察,计算焊缝的三维信息.将两台工业摄像机安装在弧焊机器人末端形成手眼系统是双目视觉在该领域的典型应用.文中建立了视觉误差分析模型,分析了视觉系统配置对视觉计算的影响,被检测焊缝在有效视场内的摆放姿态及其与传感器相互位置对精度的影响,在理论分析的基础上设计试验验证了理论分析的结果.分析并试验验证了机器人精度包括其本身的重复精度和工具中心点标定精度对计算结果的影响.结果表明,机器人重复定位精度对视觉计算的影响标准误差不大于0.3 mm;而当工具中心点标定误差大于1 mm时,需要对机器人进行重新标定.     

基于OpenCV的焊缝跟踪系统中摄像机标定方法

针对焊接机器人焊缝跟踪导引系统研制过程中的摄像机标定问题,以摄像机标定技术为研究对象,分析了开放计算机视觉函数库(OpenCV)中的摄像机模型,对摄像机的标定过程以及几何模型进行了深入的研究.特别地,充分考虑了透镜的径向畸变和切向畸变的影响及其方程的求解方法,采用Bouguet算法提取角点,实现了基于OpenCV的摄像机标定.结果表明,该算法可以充分发挥OpenCV的函数库功能,能够稳定的成功提取棋盘格角点,提高了标定精度和计算效率,可以满足机器视觉导引系统中摄像机标定的实时性要求.     

基于OpenCV的移动焊接机器人视觉系统自主标定方法

标定工作是实现机器人视觉计算的前提.根据移动焊接机器人工作场合的特殊性,基于OpenCV,提出一套针对手眼双目视觉系统的自主标定方法.自动提取角点,自主筛选有效标定图像序列,由亚像素角点提取结果求取相机内参数,由同时刻获取的标定图像对估算双目间几何矩阵,由标定板面在摄像机坐标系下位姿矩阵改变量间接求取摄像机运动矩阵,用最小二乘法快速计算出手眼关系.标定试验结果表明,相对于传统的Matlab标定工具箱,该方法能够满足用于机器人焊接的视觉系统所需标定精度,同时因无人为参与可很大程度地提高移动焊接机器人的自主性.     

基于触觉传感遥控焊接遥示教防碰撞控制策略

在遥控焊接遥示教过程中,为避免遥控焊接从机器人和焊接工件产生强烈碰撞,通过对遥控焊接触觉系统的从机器人与焊接环境接触力分析,在接触力PID控制模型基础上,提出了遥控焊接柔性力接触控制策略.包括遥控焊接接触力分段控制策略、异常情况的接触力稳定性监控决策算法、任务自适应仿人智能算法.结果表明,和常规PID控制器比较,采用接触力柔性接触控制策略,能够明显减小接触力振荡幅值, 缩短接触力稳定时间,提高了遥控焊接遥示教从机器人与焊接工件之间力交互作用下的操作性能.     

六轴焊接机器人末端测量系统

研发了一种用来测量六轴焊接机器人末端位置和方向的新型测量系统,该测量系统通过5个数字探头来获取焊接机器人末端的位置和方向等运动学参数。在六轴焊接机器人工作前,进行了末端位置测量系统的标定,标定后系统的定位精度为0.025 mm,定向精度为0.075°。实验中,通过末端测量系统得到了焊接机器人控制器增益调节过程中的位姿,并结合田口法找到了最佳控制器增益。实验结果表明,采用最佳控制器增益的焊接机器人末端的振动得到了有效抑制,在高频段的末端振动幅度降为原来的54%。对于多轴焊接机器人的控制具有重要价值。     

基于模拟退火算法的工件位置标定

从实用的角度分析了焊接工件的定位问题，提出了在机器人焊接条件下，基于模拟退火算法的工件位置标定算法。标定时，不需要增加其它的辅助设备，利用机器人示教功能获得少数参考点(大于或等于3点)的坐标，然后用模拟退火算法求出从工件模型到实际工件的位置变换矩阵。算法是通用的且具有较高的精度，标定算法的计算误差小于0．02mm。示教误差对工件位置标定有一定的影响，但是，示教误差会在一定程度上互相抵消，使得工件位置标定误差较小，通常小于0．5mm，极端情况下，标定误差小于0．9mm，可以满足焊接工艺的要求。如果焊接工件的位置标定是在路径规划之前进行的，规划时用到的位姿数据是对应真实世界中的数据，则路径规划的结果可以直接用于下载到机器人控制柜运行。     

六自由度工业机器人本体标定实验的研究

目前六自由度工业机器人普遍具重复定位精度较高,但绝对定位精度较低的特性,所以为了提高离线编程的精度,需要通过运动学建模、实际测量、参数辨识、误差补偿四步进行机器人本体标定。文中在概括总结现有的工业机器人本体标定技术的基础上,运用MATLAB进行运动学仿真建模,Leica AT960绝对激光跟踪仪系统进行实际测量,SA软件实现参数辨识,外部控制器进行关节补偿,完成本体标定实验。并在此基础上,按照GB/T12642-2013进行标定前后机器人位姿特性检测,通过Robot Check软件处理检测数据,对比前后结果,验证了本体标定实验。     

基于空间直线约束的焊接机器人手眼标定

视觉传感器与焊接机器人的标定是焊接智能化应用中的重要问题,针对末端夹持线结构光传感器的焊接机器人,提出了一种基于空间直线约束的手眼标定方法.首先任意变换机器人位姿使线结构光传感器投射出的光平面与标定模板相交,然后通过特征点提取算法提取出线结构光与直线的交点,并基于直线约束建立了非线性优化模型,最后结合罚函数法与改进的Powell算法同时求解传感器位置与方向参数.基于上述方法进行了一系列试验,结果表明,该方法通用性强,适合现场标定,有效的提高了标定精度,标定精度在0.2 mm以内.     

Al元素对Zn-Al钎料钎焊2A01铝合金性能的影响

研究了Al元素对Zn-Al钎料钎焊2A01铝合金性能的影响.钎料润湿性试验结果表明,随着钎料中Al元素含量的增加,钎料在2A01铝合金表面的铺展性能提高,Al元素含量为12%(质量分数)时,铺展面积达到最大,继续增加钎料中Al元素含量,铺展性能降低.钎料中Al元素含量在8%~15%范围内时,钎料均具有良好的铺展性能.钎焊接头力学性能试验结果表明,随着钎料中Al元素含量的增加,钎缝中铝基固溶体强化相数量增加,对接钎焊接头强度提高,钎料中Al元素含量为8%时,钎焊接头强度达到最高,继续增加Al元素含量,钎缝中的枝状共析组织变得粗大,与其周围组织容易产生应力集中,萌生裂纹,对应的钎焊接头强度降低.综合考虑钎料的铺展性能以及钎焊接头力学性能,92Zn-8Al钎料钎焊2A01铝合金性能最佳.     

一种用于控制工业机器人运动轨迹误差的观测控制策略研究

为了提高工业机器人运动轨迹的控制准确度,提出一种运动误差观测控制策略。分析机器人的组成结构,明确其工作原理。建立工业机器人的坐标系,并在该坐标系上求取机器人连杆间坐标系的变换矩阵;利用连杆间坐标系的变换矩阵,得到机器人末端执行器的运动学模型。以机器人的测量运动误差为依据,联合工业机器人的标称正向运动学模型,求取传感器架以及标称架与底座之间的变换模型;通过该变换模型,计算传感器架相对于标称架之间的位置向量及动态误差变换矩阵,得到测量运动误差值;通过测量运动误差值,构造运动误差观测器,用于获取机器人的估计运动误差,并将估计运动误差联合神经网络控制器,以实现对机器人运动轨迹的准确控制。利用此方法和滑模控制策略对平面和空间标定运动轨迹进行追踪,结果显示：此方法能准确地对平面和空间标定运动轨迹进行追踪,而且与滑模控制策略相比,此方法的追踪精度提高了34.25%。说明此方法能对工业机器人的运动轨迹进行精确的控制。     

基于机器视觉焊接轨迹搜索算法

传统的焊接机器人一般采用示教再现的方法获取焊接轨迹,为确保这种工作模式能够实施,需要在前工序中采用人工点焊完成工件的定位,这将引起定位误差,使实际轨迹偏离示教轨迹. 针对该问题,提出了基于机器视觉焊接轨迹搜索算法. 基于几何形状的金字塔分层模板匹配技术,计算偏移量和旋转量从而校正示教轨迹. 结果表明,该算法具有较高的精度和效率,能满足机器人自动搜索轨迹对实时响应的要求. 工业应用表明,在实际焊接中,当焊接工件在X轴和Y轴方向有±5.5 mm的偏移量、在XOY平面上有8°的旋转角度时,该算法仍能准确搜索到焊接轨迹.     

用于遥控焊接的管道全位置焊接装置

为了解决核环境下的管道维修问题,适应遥控焊接机器人的实际应用需求,研制出一套针对核环境下小口径管道的全位置自动焊接装置.重点介绍了该装置的系统构成及各组成部分的设计分析、工作原理和自动控制系统.结合遥控焊接机器人的视觉和力觉等传感技术,对该装置进行了功能验证试验.试验证明该装置用于遥控焊接机器人时可以实现装夹和拆卸,满足自动装卸、速度可调、位置可控,且其圆周运动误差满足管道全位置焊接的要求.结果表明,该装置能够实现管道全位置焊接,焊缝外观成形良好.     

基于立体视觉焊接变形测量系统标定

应用立体视觉三维测量系统对钢结构上若干待测标志点进行测量,测量前分两步对测量系统参数进行标定.首先应用基于平面模板的方法标定摄像机的固有参数,包括单个摄像机的内部参数和两个摄像机间的位置关系参数.其次使用单位四元数法对摄像机坐标系与设计坐标系之间的位置参数进行标定.为了验证标定结果的准确性,对摄像机内参数标定结果进行了重投影误差估算,重投影误差很小,满足系统测量误差要求.对标定结果进行重建试验,重建结果平均误差小于1 mm,最大误差小于2.5 mm.