焊接機器人跟蹤與仿真技術

前言
第1章 緒論1
1.1 機器人的定義1
1.2 機器人的發(fā)展歷程2
1.2.1 機器人的產(chǎn)生與發(fā)展2
1.2.2 工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀4
1.3 焊接機器人的分類及發(fā)展5
1.4 焊接機器人技術6
1.5 本章小結(jié)8
第2章 焊接機器人圖像傳感與處理9
2.1 引言9
2.2 激光視覺傳感器的設計10
2.2.1 激光視覺傳感器的結(jié)構(gòu)10
2.2.2 傳感器中關鍵部件的選型10
2.3 焊接硬件系統(tǒng)14
2.4 外圍軟件系統(tǒng)15
2.5 視覺系統(tǒng)標定16
2.5.1 相機系統(tǒng)標定16
2.5.2 手-眼系統(tǒng)標定17
2.6 電弧區(qū)域的提取及作用18
2.7 基于視覺注意模型的激光條紋的提取19
2.7.1 多區(qū)域多方向Gabor濾波20
2.7.2 非均勻性度量22
2.7.3 亮度突變性度量23
2.7.4 綜合顯著圖的生成25
2.7.5 基于聚類的干擾數(shù)據(jù)的去除26
2.8 T形接頭腹板上邊沿輪廓線的提取28
2.9 斜率突變點的提取29
2.9.1 焊縫輪廓預處理30
2.9.2 斜率計算與平滑31
2.9.3 斜率單調(diào)區(qū)間的獲取31
2.9.4 單調(diào)區(qū)間斜率跨度的OTSU分割32
2.10 焊縫輪廓局部極值點的提取33
2.11 焊縫輪廓特征點提取算法有效性的驗證33
2.12 本章小結(jié)35
第3章 機器人焊接自主導引與跟蹤37
3.1 引言37
3.2 導引與跟蹤系統(tǒng)38
3.3 視覺傳感系統(tǒng)39
3.3.1 主動視覺傳感器39
3.3.2 被動視覺傳感器41
3.4 焊縫跟蹤軟件系統(tǒng)44
3.5 焊縫跟蹤系統(tǒng)自動標定46
3.6 機器人焊縫跟蹤圖像處理47
3.6.1 被動視覺焊縫圖像處理47
3.6.2 主動視覺焊縫圖像處理49
3.7 初始焊位導引53
3.7.1 三維點云重建過程54
3.7.2 基于KD樹的點云背景減除57
3.7.3 焊接工件分割與擬合59
3.7.4 焊縫與焊接起始點檢測60
3.8 焊縫跟蹤控制62
3.8.1 實驗系統(tǒng)62
3.8.2 精度驗證實驗63
3.8.3 焊縫跟蹤結(jié)果64
3.9 本章小結(jié)68
第4章 焊接機器人建模與控制69
4.1 引言69
4.2 機器人自動焊接中常見建模方法69
4.3 智能化機器人焊接系統(tǒng)的混雜特性及模型預測控制研究70
4.3.1 智能化機器人焊接過程的混雜特性70
4.3.2 機器人T形接頭多層多道自主焊接的HS分析72
4.3.3 焊槍運動特性分析72
4.3.4 機器人多層多道自主焊接過程的自動機描述73
4.3.5 模型預測控制與焊接77
4.3.6 MIQP問題78
4.4 焊槍偏差實時獲取79
4.5 焊縫跟蹤控制方案80
4.5.1 焊槍糾偏控制方案80
4.5.2 多層多道自主焊接控制流程82
4.6 無弧跟蹤軌跡為參考輸入的MPC83
4.6.1 預測模型83
4.6.2 基于帶約束遺傳算法的MPC滾動優(yōu)化設計87
4.6.3 TTWARIMPC的反饋校正90
4.6.4 MPC的離線仿真91
4.6.5 TTWARIMPC焊接試驗92
4.7 優(yōu)化時域參考軌跡均等的MPC95
4.8 基于增量式PID的焊縫跟蹤控制97
4.9 焊接機器人信息優(yōu)化控制99
4.10 焊接柔性系統(tǒng)建模條件100
4.10.1 系統(tǒng)分析100
4.10.2 焊接柔性制造系統(tǒng)建模方法100
4.11 焊接機器人柔性制造系統(tǒng)信息建模101
4.11.1 焊接機器人系統(tǒng)信息流特點101
4.11.2 單機器人焊接制造柔性系統(tǒng)建模101
4.11.3 多機器人焊接柔性制造系統(tǒng)建模103
4.12 焊接柔性制造系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)約簡104
4.13 焊接機器人柔性制造系統(tǒng)PN模型仿真105
4.13.1 單次仿真105
4.13.2 多次仿真105
4.14 機器人焊接柔性制造系統(tǒng)控制實驗107
4.14.1 引言107
4.14.2 實驗平臺107
4.15 本章小結(jié)108
第5章 焊接機器人離線仿真110
5.1 引言110
5.2 離線編程仿真技術現(xiàn)狀111
5.3 基于虛擬樣機的焊接機器人仿真112
5.3.1 焊接機器人的參數(shù)建模112
5.3.2 焊接機器人模型的建立113
5.3.3 虛擬樣機仿真前處理115
5.3.4 焊接機器人軌跡規(guī)劃118
5.3.5 焊接機器人軌跡仿真122
5.3.6 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)處理與分析125
5.4 本章小結(jié)126
參考文獻128