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基于工业焊接机器人的视觉伺服控制研究
其他题名A Study of Visual Servoing Control for Robotic Welding Systems Based on Industrial Robot
王麟琨
学位类型工学博士
导师谭民 ; 徐德
2005-04-30
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词焊接机器人 视觉传感器 机器人视觉控制系统 视觉伺服控制 参数估计 特征提取 Welding Robot Vision Sensor Robot Visual Control System Robot Visual Servoing Control
摘要焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备,能够提高焊接质量和生产率,改善工人劳动条件。目前,以示教-再现工作方式为主的焊接机器人缺乏灵活性,也不适用于复杂工件,无法满足工业生产的需要。因此,研制基于视觉传感器并具有焊缝自动跟踪能力的焊接机器人具有广阔的应用前景和重要研究意义,本文针对焊接机器人视觉控制系统的设计和视觉伺服控制算法开展了研究工作。 第一,本文首先总结了机器人视觉伺服控制的结构和主要研究内容,比较了几种主要的视觉伺服方法,分析了视觉伺服控制所面临的主要问题,详细阐述了近期提出的一些解决方法。其次,回顾了焊接机器人的发展过程以及当前的研究热点并对今后的发展趋势进行了展望。 第二,设计了焊接机器人的视觉传感器系统,提出了有效的结构光参数标定算法。针对六自由度工业机器人,提出一种多层次结构的控制框架,并在此框架基础上设计并开发了弧焊机器人控制系统和多机器人视觉控制系统。 第三,提出了强噪声干扰环境下焊缝图像特征抽取算法和焊缝参数估计算法。图像特征抽取算法由目标区域确定算法、基于自适应阈值的去躁算法以及基于数据集分割的特征抽取算法组成。焊缝参数估计算法由直线焊缝方向的鲁棒拟合算法、基于 RANSAC 方法的焊件法线估计算法以及局部加权的曲线焊缝方向拟合算法组成。 第四,针对六自由度焊接机器人跟踪直线焊缝过程中存在的问题,本文提出了一种初始姿态自调整算法和混合的视觉伺服控制算法。初始姿态自调整算法通过建立目标坐标系和当前工具坐标系,计算需要调整的运动量。混合的视觉伺服控制算法采用基于位置的视觉伺服控制使焊枪沿焊缝方向运动,采用基于图像的视觉伺服控制来消除图像偏差。 第五,提出了曲线焊缝跟踪的视觉伺服协调控制方法,设计了一种控制量论域动态确定的双层模糊视觉伺服控制器,在保证焊枪运动准确的同时,保证视觉跟踪过程中图像特征处在视场有效范围内。为了准确确定控制量论域,建立了特征点的数学模型,并在此基础上设计了带模型动态补偿的 Kalman 滤波器以实现对特征坐标的准确预测。
其他摘要Welding robots are advanced welding devices and developed based on industrial robots. They can be applied to enhance quality and productivity of welding and improve working condition for worker. Teaching is the main work mode of welding robots, but it is unfitted for complicated workpieces. So research on automatic welding robots based on vision sensor has widely potential applications and study significance. In this dissertation research work is focused on designing visual control systems of robots and visual servoing control algorithms. Firstly, structures of robot visual servoing control are summarized and several visual servoing methods are compared. Some methods to solve main problems for visual servoing control are discussed in detail. Then, the study status of welding robots is reviewed and tendency of welding robots is predicated. Secondly, a vision sensor system is designed and algorithms are proposed to calibrate parameters of the vision sensor system. A control framework with multi-layers structures for industrial robots is given. Vision control systems for arc welding robots and multi-robots are designed and developed based on the framework. Thirdly, a feature extraction algorithm and parameter estimation algorithms for welding seams are proposed. The feature extraction algorithm consists of getting target area, deleting noise with adaptive thresholds and feature extraction based on separating data sets. Parameters estimation algorithms consist of robust fitting method for weld seams shaped line, estimating normal line based on RANSAC and fitting direction of weld seams shaped curve with locally weighted values.
馆藏号XWLW906
其他标识符200218014603176
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5850
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
王麟琨. 基于工业焊接机器人的视觉伺服控制研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2005.
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