视觉引导的焊接机器人焊缝跟踪控制技术的研究与开发

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随着计算机、人工智能等科学技术的迅猛发展,工业现场对焊接技术的自动化、智能化水平的要求不断增加。为了提高工厂作业效率、提高焊接作业质量,结构光视觉被拿来解决焊接机器人对焊缝的自动跟踪问题。结构光视觉引导机器人焊缝跟踪控制,是机器人根据结构光视觉对焊缝进行感知,自行预测规划出精准的焊枪轨迹,在伺服控制下高效完成焊接作业。而焊接机器人实现自动焊接的重要环节包括通过视觉引导进行焊缝初始点自动识别定位以及焊缝的自动跟踪控制。针对机器人滑模控制中存在的由较大初始位置偏差导致的大力矩和速度跳变问题,提出双模糊自适应滑模控制算法。采用一自适应模糊控制器,根据滑模到达条件对滑模切换增益进行估算,消除滑模控制中输出力矩的抖振现象,增强其对不确定性因素的适应能力;采用另一自适应模糊控制器对调整控制系数进行修正。实验表明,此方法改善了由于较大初始位置产生的偏差而导致的大力矩和速度跳变问题。针对结构光视觉通过图像处理无法获取焊缝初始点的三维信息而无法实现初始点自动定位的问题,提出采用激光条扫描焊缝的方法自动识别定位初始点。将焊缝点切线方向作为机器人平移方向,分为粗扫描阶段和细扫描阶段,在提高扫描速度的同时增加初始点定位精度;同时在平移过程中通过上下层结构的模糊控制器控制末端轴旋转,保证焊缝点的图像坐标在期望图像坐标的可接受范围内,同时确保焊缝方向与激光条所成角度接近90度。实验结果表明,该方法可以快速精确的定位到焊缝初始点,并保证焊缝图像的连续。针对视觉跟踪与焊接机器人位姿调整之间的不协调问题,提出将焊接机器人运动分解为旋转部分和平移部分的策略。平移运动保证焊枪精度,旋转保证焊接机器人姿态良好;用视觉伺服控制反馈视觉图像,结和焊枪坐标系建模方法,获得机器人的旋转量,实时调整机器人位姿。实验表明,该策略在不影响焊缝跟踪精度的情况下,提高焊缝跟踪位姿柔顺程度与跟踪的连续性。最后,采用延迟跟踪策略,对给定焊缝进行跟踪。在VS2010平台下编写控制程序,实验证明,焊枪可自动定位到焊缝初始点,并对焊缝自动跟踪;跟踪过程中实时调整位姿,可获得连续图像,确保跟踪完成;确保焊枪精确地跟踪焊缝。
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