基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统的研究

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1、硕士学位论文基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统的研究作者姓名林炳强学科专业机械设计及理论指导教师李琳教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年6月StudyonSeamTrackingSystemBasedonStripeTypeLaserSensorandWeldingRobotADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LinBingqiangSupervisor：Prof.LiLinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhouChina

2、分类号：TP249学校代号：10561学号：201320100795华南理工大学硕士学位论文基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统研究作者姓名：林炳强指导教师姓名、职称：李琳教授申请学位级别：硕士学科专业名称：机械设计及理论研究方向：现代机械设计及理论论文提交日期：2016年4月20日论文答辩日期：2016年5月30日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张铁委员：李琳翟敬梅邹焱飚谢龙汉华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引

3、用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。么；月ｆ曰作者签名：祇鄉多！、曰期抑＾学位论文版权使用授权书艮本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，Ｐ；研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可公布学位论文的全、汇编学位部或部分内容，可ｙ

4、Ｘ允许采用影印、缩印或其它复制手段保存一论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。＾保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文。出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容＂＂（请在±相輿方框内打Ｖ）指导教师签名：日期摘要机器人已广泛应用于现代工业，但主要的应用场合中仍采用“示教-再现”模式。在焊接应用领域，工件因为前工序点焊定位和焊接过程受热变形，可能导致示教编程

5、获得的机器人焊接轨迹偏离了再现时的轨迹，从而影响焊接质量。为此，本文介绍了基于二维条纹式激光传感器的焊缝跟踪系统，可在焊接的过程中利用传感设备实时观测焊缝的变化，计算待焊接的焊缝中心位置，将这些信息反馈给机器人，根据该位置信息实时调整焊枪对准焊缝中心，实现焊缝的实时跟踪。本课题研究项目获国家科技重大专项项目（2015ZX04005006）和广东省战略性新兴产业核心技术攻关项目（2011A091101001）资助。本文研究的主要内容如下：（1）探讨了工业机器人的坐标系之间的变换关系，为激光测量坐标系的标定以及焊缝特征点的旋转变换打下坚实的理论基础。（2）采

6、用了二维条纹式激光传感器的单点测量标定算法和多点测量标定算法，计算测量坐标系与机器人末端坐标系之间的变换关系。（3）采用了基于小波变换模极大值理论和最小二乘法拟合的焊缝特征点检测算法。小波变换模极大值理论用于焊缝特征点的初步定位，最小二乘拟合求交点用于焊缝特征点的精确定位。（4）设计和研制了一套基于基条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统。基于MicrosoftVisualStudio2010开发了上位机软件，主要完成二维条纹式激光传感器数据采集、焊缝特征点检测算法和人机交互功能。在此平台上进行实时焊缝跟踪的实验研究，分别进行了焊缝特征点提取实验和焊缝轨迹

7、跟踪实验。实验结果证明了上述算法和理论的可行性和有效性。本文的创造性成果有：（1）采用了条纹式激光测量坐标系的单点标定算法和多点标定算法。提出单点标定算法的根据是传感器的安装方式；忽略安装关系，提出了多点标定法，包括了三点标定和五点标定。经过实验验证标定误差小于0.5mm。（2）采用了基于小波变换模极大值理论和最小二乘法拟合的焊缝特征点检测算法。利用小波变换模极大值理论对焊缝特征点进行初步定位，通过初步定位的结果，对激光数据进行分组，利用最小二乘法进行焊缝特征点的精确定位。经过实验验证检测焊缝特I征点相对于实验基准的平均偏差距离小于0.4mm。关键词：机

8、器人；激光传感器；标定；小波变换；最小二乘法IIAbstractRobotsha