基于激光测距传感器扫描波纹板焊接轨迹自动恢复

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1、基于激光测距传感器扫描波纹板焊接轨迹自动恢复Weldillg仃ajecto巧AutomaticRecoVe巧BasedonLaserDistanceSensorSca皿i119ConugatedW曲专业名称越型呈盈．指导教师(1)指导教师(2)研究生妥。盎2014年06月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方

2、式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：勿7V年占月7日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。

3、本学位论文属于不保密彤学位论文作者签名：弓．／j卜纱Ⅳ年6月7日指导教师侈cf江苏大学专业学位硕士学位论文摘要波纹腹板H型钢因其相对于普通的H型钢有强度高，抗剪切性能好及自重轻等方面的优势，在厂房横梁、生活建筑及桥梁结构中应用越来越广泛。相比较目前应用的手工及半自动焊接，机器人自动化焊接具有质量稳定、效率高等优势，是波纹腹板等各种复杂结构焊接的发展方向。本文是以目前在工程中应用比较广泛的正弦波波纹板为基础，开发了基于激光测距传感器扫描波纹板焊接轨迹自动恢复系统，本系统采用面向对象技术，通过VC编程开发了一个包括数据采集、存储、算法处理、坐标转换与姿态确定等功能的机器

4、人弧焊系统。其系统结构设计为将激光传感器和编码器分别安装于机器人焊枪上和滑台上，采用即插即用的数据采集卡通过电缆和端子板与上述两个采集设备相连，并安装在工控机内部，最后利用以太网实现机器人与工控机交互通信。为了确定机器人焊接时焊枪的坐标位置，因此需要同时获取波纹板三个方向的信息，本文提出了一种采集方法即基于编码器和激光测距传感器外部检测设备用来获取波纹板纵向和高度信息，并分别与通道相匹配的数据采集卡相连，通过vC++编程开辟二者的采集通道，实现了数据高效、稳定、精确的传输与存储。数据的误差大小影响轨迹恢复的整体精度，进而会对焊接效果产生干扰，因此有必要对采集的数据进

5、行算法处理，以提高数据的准确性。本文研究对比几种数字滤波算法，发现采用复合滤波算法即首先利用改进限幅滤波算法对数据预处理，然后通过五点三次滤波算法进一步的数据平滑，结果表明波形精度以及误差精度比原始数据有了很大的提升，在很大程度上去除较大的毛刺，得到了比较满意的效果。焊缝轨迹的规范程度决定了焊枪工作轨迹的准确性，对于焊接工艺的设计具有重要的意义。本文提出了两种焊接轨迹恢复的实现方法，即对选取能够表达波形特征的9个点和13个点分别用直线拟合和曲线拟合方式实现焊接轨迹的恢复，通过对比发现后者的曲线拟合方式具有较好的波形精度和误差精度，因此选择轨迹恢复最佳方式为波峰及波谷

6、实现曲线拟合，上坡段和下坡段实现直线拟合。基于激光测距传感器扫描波纹板焊接轨迹自动恢复为了按焊接工艺习惯描述焊接位置和焊枪姿态，本文首先按照机器人坐标向量形式对数据进行坐标变换，然后提出了两种姿态的获取方式，第一种可以通过示教器直接读取姿态值，第二种引入了焊枪姿态变换的数学模型，研究了一种根据焊接工艺参数求解焊枪位姿矩阵的算法，经过连续的坐标系变换获得了焊枪在机器人基坐标系中的位姿矩阵。结合机器人坐标和姿态可以生成机器人可执行程序。机器人通过读取生成的可执行程序实现自动运行，考虑到传输的稳定性和效率，本文研究了工控机与机器人控制柜之间基于FTP协议的以太网通信，实现

7、数据的上传与下载，并且数据传输更稳定，更方便，速度更快。通过运行上传的可执行轨迹程序，机器人实际运动轨迹与波纹板表面起伏的误差在3n吼左右，表明生成的轨迹精度是满足试验要求的。关键词：波纹腹板H型钢，激光测距传感器，焊接轨迹恢复，滤波算法处理，FTP协议江苏大学专业学位硕士学位论文ABSTRACTComIgatedwebH-be锄saremoreaIldmorewidelyappliedinme6eldssuchaSpl锄tbe锄s，liVingbuildin拳alldbridgestm魄鹏scun．entlybecauseoftheeXcell锄tpropen