结合位姿约束与轨迹寻优的人体姿态估计

基于混合部件模型的人体姿态估计方法忽视了人体结构的对称位姿约束关系,从而导致对称部件容易被重复检测、人体姿态估计准确率较低,为此,提出一种基于位姿约束与轨迹寻优的姿态估计新方法。首先估计人体单部件和对称部件在单帧图像中的多个合理位置,利用对称部件之间的位姿约束关系构建标识部件。然后根据单部件和标识部件各自的目标优化函数,通过动态规划算法反复迭代获得初始轨迹候选集,再结合轨迹的全局特征剔除检测得分较低的运动轨迹。最后引入树形合约模型,联系时空上下文信息,准确求解出视频序列光滑且兼容的最优轨迹。在N-best、Outdoor Pose和Scene数据集中的实验结果表明,对于存在背景复杂、运动模糊、部件遮挡等问题的视频序列中,该方法平均姿态估计准确率达87%以上,有效减少了对称部件的误判,提高了视频中人体姿态估计的准确率。     

基于全位姿测量优化的机器人精度研究

随着机器人在高端制造业、航空航天、医疗等领域广泛应用,对其全位姿精度要求越来越高。采用激光跟踪仪对机器人末端执行器进行全位姿实测,研究基于几何参数标定的机器人精度提升方法。首先,建立了串联机器人(MDH)模型;其次,提出了基于拟随机序列产生初始位置的改进乌鸦搜索算法(ICSA)用于标定机器人几何参数,建立了用ICSA标定机器人几何参数目标函数的数学模型,给出了标定的详细步骤。最后,对Staubli Tx60工业机器人进行了实测标定,结果证实:采用提出方法能够快速标定机器人几何参数,标定后的机器人在工作空间内随机选择的测试点其平均绝对位置和姿态误差由标定前的0. 309 6 mm和0. 232 2°减小为标定后的0. 092 6 mm和0. 082 9°,精度大幅提升。该方法简单易实现,效率高,鲁棒性强,稳定性好,适宜于在位置和姿态均有高精度要求的机器人中推广应用。     

基于GA算法的协调机器人双光束激光焊接轨迹规划研究

针对长尺寸整体薄壁板T型接头激光焊接,提出双光束激光焊接技术,成功解决T型接头单面双侧焊接,保证T型接头的双面成型,对整体变形量控制和隐身性能的提高起到不可替代的作用。针对双光束激光焊接机器人采用激光跟踪技术进行焊缝提取与跟踪,使激光焊接头回归到焊缝有效范围内;运用遗传算法和主从机器人协调操作得到两台机器人的最优焊接轨迹,保证焊接的一致性,确保焊接质量。     

焊接机器人运动学分析及轨迹规划研究

针对梁构、石化容器等大型焊件普遍存在的焊接难的问题,研制了一种新型7自由度大型焊接机器人.首先,分析了该机器人的机械结构,基于D-H坐标系理论建立了机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解,得到了其运动学正反解;其次,在关节空间内,采用过路径点的三次多项式插值方法,结合机器人操作空间运动参数对关节轨迹插值计算,实现了对机器人关节空间的轨迹规划;最后,在Matlab7.8平台上,利用机器人工具箱建立了该机器人模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真分析.仿真及研究结果表明:该机器人各连杆参数的设计是合理的,在关节空间内利用三次多项式进行轨迹规划具有可行性;同时,这也为机器人动力学的研究打下了基础.目前该技术已应用于机器人的点焊及角焊的现场作业中.     

空间焊缝弧焊机器人焊接路径自动规划研究

开发了面向空间焊缝的弧焊机器人焊接路径自动规划系统。该系统以VB6．0为编程平台，能够实现由三维实体模型直接生成机器人焊枪的位姿文件，进一步地输出为机器人语言程序，采用UP6弧焊机器人系统和S-350MAG焊接系统实际焊接，实验结果验证了该系统的正确性。     

Arc welding robot system with seam tracking and weld pool control based on passive vision

The automatic control in square-wave alternating current (AC) gas tungsten arc welding (GTAW) is significant for a “teach and playback” robot to overcome the variation of the seam trajectory and the seam gap in the welding process. This paper presents a welding robot system based on the real-time visual measurement in the different levels of the welding current. The primary objective is to measure the offset of the torch to the seam center and the size of seam gap by passive vision, track the seam and control the weld pool in real time. A novel visual image analysis algorithm was developed for seam tracking and seam gap measuring, free from robot calibration. The control algorithm based on the knowledge base was established to control the weld formation by regulating the welding current and wire feed rate. The welding practice for the rocket storage tank demonstrates the efficiency of the proposed system.     

Recognition of the initial position of weld based on the image pattern match technology for welding robot

The application of recognition for the weld seam and its initial position in a complicated environment based on the image pattern match technology has been discussed. According to adopting the two-step pattern match method, the recognition speed and accuracy have been improved, and the error points have been wiped off during the global pattern match stage by using the area analysis method. The initial position can be accurately recognized by using the method that dynamically adjusts the search area during the local pattern match stage in the area that is near the end of the weld. The results of the experiments prove that this method not only has the characters that include anti-jamming, fast running speed and high recognition, but also has a preferably practical value.     

桥梁检测机器人作业规划与位姿优化方法研究

针对桥梁底部病害人工检测的作业难题,介绍了桥梁检测机器人的工作原理,结合桥梁的结构化特征和视觉检测拍摄参数约束,研究了桥梁检测机器人作业规划与位姿优化方法。首先,提出一种以最佳拍摄模型约束的桥梁检测机器人拍摄作业位姿规划方法。在最佳拍摄规划方法的基础上,针对小箱梁桥梁和T型梁桥梁底部的褶皱结构,研究了以安全拍摄模型为约束的拍摄位姿优化方法,设计了结合拍摄偏角和拍摄距离的权重函数,推导了优化算法公式并给出了收敛证明。通过对不同拍摄参数的配置,进行了针对空心板桥梁的拍摄作业位姿规划方法仿真;针对小箱梁桥梁的结构,在位姿规划仿真结果基础上进行了位姿优化方法的仿真。最后以研制的桥梁检测机器人为对象,进行了现场测试与验证,仿真和实验结果均表明,该规划和优化方法符合桥梁拍摄检测的要求,具有很好的鲁棒性和实时性。     

面向球面的喷涂机器人经线喷涂轨迹优化

针对复杂自由曲面喷涂轨迹优化中出现的球面喷涂轨迹优化问题,根据喷涂实验得到了涂层生长速率模型,基于曲面上用测地线规划喷枪轨迹的优点,采用球面上的经线规划球面的喷枪轨迹,基于经线规划喷枪轨迹的特点,我们运用改变喷枪喷射高度的方法来保证涂层的均匀性,根据许用喷射高度范围,运用bounding-box法对球面进行分片规划处理,并给出了喷枪轨迹的生成方法,重点讨论了每片上的涂层厚度计算方法和相关参数的优化问题,最后通过仿真实验证明该方法可有效地保证涂层的均匀性,并给出了喷枪速率与轨迹间距及喷炬半径的关系.     

Parameters optimization and objective trend analysis for fiber laser keyhole welding based on Taguchi-FEA

This paper proposes an integrated method for process parameters optimization and objective analysis in the fiber laser keyhole welding based on Taguchi and finite element method (FEA). The Taguchi-FEA framework is established and applied for the objective of increasing the ratio of weld penetration to width (P/W) in the welded joints. Numerical simulations are incorporated into identifying the desired responses and the process parameters effects on the objective without consuming time, materials, and labor effort. To validate the effectiveness of the integration methodology, the fiber laser keyhole welding of the hot-dip galvanized dual phase sheet (GA-DP590) has been carried out in this paper. The three process parameters, laser power (LP), welding speed (WS), and focal position (FP), have been taken into consideration during the optimization process. The optimized results are confirmed, and trend of the objective variation near the optimal process parameters is analyzed by the numerical simulation. The corresponding microstructure, phase transformation and microhardness variation of the optimized weld bead are also calculated. The results demonstrate that the proposed method is reliable and effective for improving the quality of welded joints in the practical production level.     

基于光谱分析的激光焊接缺陷表征方法

通过采集激光焊接过程的光谱信息,根据波长强度图分析不同光谱区内元素含量及其辐射强度,该文研究了不同元素在不同的光谱区内对激光焊接质量的表征,分析了光谱信息与焊接质量的关系,为根据元素在不同光谱区种类和含量的变化判断焊接质量提供依据。     

长焊缝激光拼焊焊缝碾压预成型技术研究

为降低长焊缝激光拼焊对板材边缘直线度的要求,提出了焊缝碾压预成形技术,其通过利用碾压轮碾压板材边缘使其发生属性变形来消除焊缝间隙,并且能够实现碾压量随间隙量大小而实时调整以保证板材碾压变形后的延展量正好填补两板间的间隙量.介绍了其机构原理及控制原理:通过实验测量与数学拟合的方法建立了碾压过程的数学模型.碾压和焊接实验表明长焊缝激光拼焊焊缝碾压预成形技术能方便消除焊前两板间间隙,大大降低激光焊接对板材边缘直线度的要求,保证焊接质量和提高焊接速度.     

Effects of welding parameters on weld geometry during high-power laser welding of thick plate

The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - During high-power deep-penetration laser welding of thick plate, the geometrical characteristics of weld cross section were...     

基于SFM的移动机器人运动轨迹的计算方法研究

针对移动机器人在摄像机标定过程中所行驶的运动轨迹计算问题,对摄像机标定的世界坐标系、摄像机坐标系与图像物理坐标系、经典针孔成像模型、标定基本原理、三维重建的SFM思想,以及运动轨迹计算方法进行了研究。首先分析了在摄像机标定过程中的4个常用坐标系之间的转换关系和摄像机模型;其次在摄像机标定中,介绍了基本投影几何、透镜畸变以及基本标定方法;最后在移动机器人运动轨迹的坐标计算原理的基础上,在VC++环境下运用Open CV函数库进行了具体的实验与详细地分析,并使用Matlab计算矩阵公式并得出了相应运动轨迹的三维图。研究结果表明,该方法充分发挥了Open CV函数库功能,提高了实验结果的准确性,完成了摄像机的标定工作,获得了机器人的运动轨迹坐标。     

激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。     

Online detection method of weld penetration based on molten pool morphology and metallic vapor radiation for fiber laser welding

A novel detection method of penetration status was presented for a high-power fiber laser welding. The metallic vapor and molten pool was recorded by a high-speed camera during welding process. The radiation intensity of metallic vapor, as well as the morphology of molten pool end, was calculated by image processing algorithm as image features. Four image features, the radiation intensity of metallic vapor (RIMV), the area of molten pool end (AMPE), the rear angle of molten pool end (RAMPE), and the aspect ratio of molten pool end (ARMPE), were extracted. The mean value, relative range, variation coefficient, and frequency ratio were computed for the four features to obtain the 16 characteristic parameters. Aiming at penetration status, the characteristic parameters were reorganized to form two complex indicators by the principal component analysis. Experimental results showed that the detection method was potential for online detection on the penetration status in a high-power laser welding process.     

塞拉门弧焊机器人工作站柔性焊接夹具设计

以手工焊接的塞拉门铝镁硅合金框架为研究对象，在安川UP6工业机器人本体及辅助装置基础上，进行塞拉门铝镁硅合金框架弧焊机器人工作站的研发，针对塞拉门规格型号繁多的特点，设计塞拉门柔性焊接夹具，以实现机器人工作站的高质、经济与高效。     

基于贝塞尔曲线的机器人非时间轨迹跟踪方法

在复杂环境的轨迹跟踪过程中,针对移动机器人不确定时延导致控制品质下降问题,提出基于五次贝塞尔(Quintic Bezier)曲线的移动机器人非时间参考轨迹跟踪控制方法。首先,利用Quintic Bezier曲线对规划路径点进行平滑,并根据连续约束进行优化,完成多段Quintic Bezier曲线的光顺拼接,获得平滑且连续的轨迹;而后以Quintic Bezier曲线参数u作为中间映射量,构建路径长度与轨迹坐标间的状态映射模型,设计移动机器人非时间运动参考量;在此基础上,根据移动机器人运动学模型,提出一种奇异点旋转映射技术,消除奇异点对轨迹跟踪控制品质的影响。实验结果说明,所用方法能提高规划路径的平滑性与连续性,增强移动机器人不确定时延跟踪控制的鲁棒性,避免了奇异点的影响。     

基于运动学的焊接机器人示教方法研究

针对焊接机器人示教过程中精度低、示教时间长等问题,提出一种基于机器人运动学的全新示教方法,着重阐述该方法的原理、过程,有效解决了焊接机器人快速、精确示教问题。     

激光焊匙孔特征的近红外与X射线传感分析

由于多传感匙孔特征参数可以有效地反映大功率激光焊接质量状态,本文研究了匙孔特征信息的提取方法并建立了焊缝成形预测模型。以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外高速摄像机和X射线视觉成像系统同时提取了焊接过程中的熔池动态图像,并分割出匙孔区域。针对近红外图像,应用矩方法导出匙孔的不变矩特征,同时定义并提取匙孔面积和最前端点纵坐标两个特征;针对X射线图像则提取匙孔深度和熵两个特征。在不同激光功率条件下得到匙孔特征并进行特征融合分析,然后建立了3个BP神经网络焊缝成形预测模型。探索了匙孔形态、焊接条件和焊接状态三者之间的联系,实现了对焊接过程的在线监测。试验结果表明,将两个传感器获取的匙孔特征信息融合并进行主成分分析变换后,熔宽和熔深的预测绝对误差平均值分别为0.18mm和0.57mm,比基于单个传感器获取匙孔特征建立的BP神经网络分别减小了0.03mm和0.31mm,显示提出的方法能够有效在线监测大功率盘形激光焊接状态。