外文翻译--关节机器人对基于视觉反馈控制的激光焊接的焊缝追踪 中文版

毕业设计 (论文 ) 外文翻译 英文翻译题目一： 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 指 导 教 师： 英文题目一 译内容 全文 指导教师评语 文章主要意思翻译地基本准确，专业术语基本正确。 指导教师签字： 2010 年 2 月 25 日 关节机器人对基于视觉反馈控制的激光焊接的焊缝追踪 摘要 ：激光焊接对于机器人轨迹精度有相当高的要求。为了提高机器人激光焊接时的动态轨迹精度，人们基于立体视觉反馈控制的原理提出一种新的三维焊缝追踪的方法。这种方法建立了一种可视反馈控制系统，在该系统中有两个集中于一点的相机被安装在工业机器人的后面。人们建造了一种具有坐标系统的工具以便把机器人最终环节的位置转移到该工具上。人们提出了一种 移方法，这种方法是利用双目望远镜可视技术和一种逐行选配 的修改法则来计算激光焦点和焊缝的位置，它使得激光焦点和焊缝之间的动态轨迹错误可以计算出来。人们最终控制机器人的移动，并且在机器人运动学的基础上尽可能减少运动轨迹的错误。实验结果表明，这种方法能有效改善用于激光焊接的工业机器人的运动轨迹的精度。 关键词 ：工业机器人，视觉反馈，焊缝跟踪，轨迹精度。 1 引言 目前，卖给客户的关节机器人仅仅能够保证位置精度而不能保证运动轨迹。然而，随着制造加工业的发展，一些高速和高精度的工作，例如激光焊接和切割，对轨迹精度有十分高的要求。此外，在严格地结构化环境下目前的工业仅能够 在预定的命令下移动，这限制了他们的应用范围。人们提出了许多研究计划来改善机器人在人们所认识的环境下的能力。作为一个重要的测量方法，视觉对改善工业机器人在人们所认识的不同的环境下的能力起着重要作用。 参照文献 1 ，人们以位置为基础建造了一种具有可视伺服系统的工业机器人， 并且提出了一种运算法则，当事先知道物体一些特征点的距离时，利用这种法则就可以用一台照相机估计出物体的位置和外形 。参照文献 2 ， 基于 可视伺服结构，物体的平面移动轨迹实现了一种 方法 。参照文献 3 ，有这样一个问题：机器人最终环节的真实位置与人们用空间路径规划和图像基础控制的方法所预期的位置相差很远 。参照文献 4 ，人们开发了一种工业火焰跟踪系统来切割视觉上的平面图形。 T. （艾德 )： 机械手。焊接处。， 自动化、 62, 281 287,2007. 007 在本文中，为了改善激光焊接机器人移动轨迹的 准确度，在轨迹追踪的过程中利用了用于焊缝识别 5的 移方方法，并且人们提出了一种改善过的运算法则以便更加精确地重建轨迹线和激光焦点。与此同时，人们巧妙的建立了一种工具坐标系使得工具转移位置的计算容易而又快捷。人们在机器人运动学的基础上计算机器人的改变位置，并最终控制机器人的移动以及尽可能的减少轨迹的错误。 2 激光焦点和轨迹线的三维重建 所建立的机器人视觉伺服系统的硬件如如 1 所示。一个激光加工工具和两个相机安装在关节机器人的后部。激光焦点和轨迹线在两个照相机中显示出来。 系统的控制结构如图 2 所示， 系统的框架如图 3 所示。其中， RE 机器人的基础和最终效果结构 左右照相机的结构 T 工具的结构 M， N 需要焊接的激光焦点理想的点 T A， 照相机内部与外部的参数 1,音响视觉坐标系，机器人手与之间坐标系的转换矩阵 6，以及机器人的手与工具之间的相关坐标系都可以预先校正。 在两个图像中的激光焦点和轨迹线可以通过起点分割的方法和 。因为左右照相机中的图像是相匹配的，所以基于音响视觉重建的原理，可以重建左照相机中激光焦点的位置。 参 照文献 7,人们提出了一种线与线相匹配的方法来重建左右照相机中图形的三维线段。实验结果表明这种方法通常会产生错误，当照相机远离所观察的物体时，错误就会减少。原因是经常用到小孔成像的模型。照相机越远离物体，小孔成像的模型就越偏左。其公式为： 然而，为了改善图像，使照相机远离物体就不合适了。建立在不等式 们提出了一种改善过的线与线匹配的方法。 经过改善的推测图像的公式为： 0) 其中，（ （ y 一个图素的宽与高， mm f 凸透镜的焦距， 直线上一点的坐标系 在 空间直线的等式如下： 00X (2) 其中， (-线段上一点的坐标系， 被检测线段的方向矢量， 制系统的提出是为了通过移动工业机器人来控制轨迹线上的激光焦点。为了控制机器人的运动，轨迹线上的起始激光焦点应预先计算出来。 因为，焊接线的曲率通常很小，所以，焊接线被近似的看成是由许多直线组成的。起始发现的问题变成计算直线中激光焦点 M 的起始点 N。构建一个覆盖点 此，平面与轨迹线的交点就是起始点。 ) 其中，（ 激光焦点的坐标系， 过等式（ 3）就可以获得 起始位置（ 3 转 置计算 改变起始位置的坐标系，以及从 T的激光焦点，然后，通过 T中的阵在共同的空间中计算转化后的坐标系。如下所示构建工具坐标系 T（如图 2 所示）。 （ 1） 选择激光焦点 为初始点， （ 2） 选择激光束作为 纤维手电筒指向物体的焊接处， （ 3） 通过等式（ 4）来确定： /X ) （ 4） 通过等式（ 5）来确定： (5) 其中， 对 E中 描述 对 E中 描述 T中 换通过等式（ 6）来计算： （ 6） 在 T中 阵的计算与 E中的相似，唯一的区别在于用 代替 过这种方法，工具末端的转置计算变成了机器人末端的转置计算。这将更加容易和快捷。（ 转置坐标系从 的坐标系到最后一点的坐标系。） 当开始追踪时，保持机器人最终环节的方向不变。用 T中的 阵在共同的空间内计算转换位置： 16611 01 (7) 其中， i=1， 2， ,n） i 的转换点 n 机器人焊接点的数目 T中的 阵 4 实验与分析 实验 结果表明轨迹检测以及基于音响视觉的焊接机器人控制系统可以很好的用在轨迹识别，检测和自动追踪中。即时追踪的错误少于 例如，两块钢板紧紧地撞在一起而没有产生沟槽，机器人末端的追踪速度是20mm/s。焊缝（轨迹线）的位置和方向不能 预先知道。图 3a 是追踪前所拍摄的图像。在图像中有两条短的白色平行线，它们是用来搜索的照相机的镜头下部的边界；长的白色直线是通过 移方式所探测到的轨迹线，白色的圆点是激光焦点，黑色的方形点是激光焦点和通过音响视觉运算法则在 3 维空间中所计算出来的轨迹线的起点。图 3b 所展示 的是追踪结果的图像，其中激光焦点已经沿着焊接线移动到了其起点的位置。 （ a）追踪前的图像 （ b）追踪后的图像 图 X,Y,Z 轴上的错误和追踪到的空间距离上的错误如图 4 所示。实验结果表明X,Y,Z 轴上的错误的误差小于 间距离上的错误的误差小于 统不仅能够自动的识别焊缝，并且在即时的轨迹追踪和控制中满足焊接的要求。 5 总结 在这篇文章中，人们提出了让用于激光焊接的关节机器人进 行 3 维焊缝追踪的方法，其基础是音响视觉反馈控制。在例如激光焊接和切割的精密材料加工过程中，这种方法可以改善关节机器人动态轨迹的精确度。通过人们所提出的这种运算法则，轨迹线和激光焦点可以以三维视觉的方式重建。通过一个适当的工具坐标系，所需要的代替工具可以容易而又快捷的计算出来。在机器人运动学的基础上，人们控制机器人的最终运动，并尽可能的减少轨迹的错误。试验结果表明这种方法可以有效的提高激光焊接机器人的轨迹精度，并且应用这种方法的系统可以满足高精度轨迹追踪的要求。 鸣谢 这项研究受到中国国家自然科学 基金会（编号： 50275083），以及用于高等教育博士计划的研究基金（编号： 20020003053）的支持。 参考文献 1. 以 3