钢轨焊缝打磨机器人的焊缝激光识别与重构研究

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2、ＩＶＥＲＳ论文题目钢轨焊缝打磨机器人的焊缝激光识别与重构研究论文作者签名：吗叫ｎＪ＾指导教师签名：计Ｋ冬表论文评阅人１：－ｒ化升，博导，中南大学，额榜２评阅人：何甫芳，硕异，湖南科巧乂学，教榜评阅人３；答辩委员会主席：幸必文大举，硕诗，南华，教巧委员１：欧阳八牛，教授，硕导，南华大学委员２：率品，，教巧，硕导，南华乂学委员３：野余良，教授，硕导，南华乂学４：委妇周湘衡；码，高级１师，中側集困衡阳巫机巧限公巧委巧５：委员６

3、：答辩円期：２０１６年５月２１ｈｉ南华大学学位论文原创性声明，本人声明所呈交的学位论义巧本人在导师巧导Ｔ进行的硏究＿１；作及取得的研巧成义，。尽巧所知除／论义中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含巧他人。经巧裝或撰写过的研究成果，出不包巧为获得南华大学或其他单化的学化或证１；而使用过的材剌＾。我共同Ｔ作的同立；对本研究所作的贡献均己在论文中作了刚确的说明。本人亢全窟巧到本产明的法律结果山本人承巧。、作者签名：么ｏｔｋ义《曰Ｖ年；月南华大学学位论文

4、版权使用授权书本学位论文足本人化聞华大学攻读（１巧巧学位期问巧导师指巧Ｔ完成的学位论文。本论义的硏究成巧巧南华火学所缸，本论文的研究内容不得Ｗ巧它单位■的名义发衷。本人问盧南华火学巧关保留、化用学位论文的规化，即；学校有权保闽学化论义，允许巧位论文被的賴和借阅；学校可＾公布学位论义的全部或部分内部容，可巧用复印、缩印或其它乎段保留巧化论文；学校Ｗ根掘国家或湖南巧巧关ｎ规出送交学位论文。同意学校将论文加入《中喊优秀博硕±学位论文全文数拋库》，并按《中国优秀博硕±学位论文全

5、文数据库出版章程》规定卑受相关化益。同意授权中閣科学倍息技术研究所将本学位论文收录到《中巧学位论文全支数据库》，并迎过网络向社会公众捉供借息服务。对于被密的学位论义，解密后适化该授权。作者签名：巧、＞（＾年＾？巧师签名：从ｉｌ库ｒ月ｉｉＪＵ钢轨焊缝打磨机器人的焊缝激光识别与重构研究摘要：随着中国高铁事业的发展，无缝钢轨的普及，人工及低自动化设备对钢轨焊缝的打磨已不能满足要求。近些年来工业机器人发展迅猛，用工业机器人取代人工对钢轨焊缝进行打磨已成为一种趋势与必然。由于钢轨焊缝

6、形貌复杂，机器人要实现对钢轨焊缝的打磨，首先就需要识别钢轨焊缝，并重构得到其模型，再根据模型进行离线编程，规划打磨轨迹。所以，本文就是基于激光位移传感器，研究机器人对钢轨焊缝的识别与对焊缝形貌的重构。相关研究工作包括：（1）建立了机器人的运动学模型。首先介绍了机器人学的空间描述和坐标变换，以及如何建立D-H（Denavit-Hartenberg）运动学模型及获得D-H运动学参数。随后对打磨所使用的机器人StaubliTX200运用D-H建模方法建立了连杆坐标系并分析得到了D-H运动学参数，利用参数

7、得到各个连杆的变换矩阵，最终得到机器人的运动学方程。最后利用MATLAB的机器人学工具箱对机器人运动学进行建模，并通过实验验证了模型建立的正确性。（2）完成了机器人、激光位移传感器间的手眼标定。首先介绍了激光位移传感器的分类及原理并对所使用的传感器做了简单的介绍。随后提出用定点变位姿方法对传感器进行手眼标定，并对其原理、过程及算法推导进行了研究。最后运用该方法通过实验，对传感器进行了手眼标定，得到了机器人、激光位移传感器间位姿变换矩阵。I（3）对钢轨焊缝进行了点云重构。首先搭建了实验平台，然后操控

8、机器人运动，使传感器对钢轨焊缝进行扫描，同时记录机器人各个关节的转角和传感器的值。利用前面建立的机器人运动学模型、传感器的标定结果及实验记录得到的值将扫描点的坐标转换到机器人基坐标系下，得到钢轨焊缝的点云数据。为实现点云数据的拟合得到模型，学习并研究了逆向工程软件GeomagicStudio，并将钢轨焊缝点云数据导入其中，经过一系列的处理，最终得到了焊缝的模型。获得钢轨焊缝模型后，就可根据模型规划打磨轨迹，完成对钢轨焊缝的打磨。同时进行了钢轨焊缝打磨实验，并取得了比较好的打磨效果。