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文檔簡介
1、我國西北地區(qū)油氣資源豐富,而東部沿海市場需求巨大,這樣的產(chǎn)銷分離促使管道輸送業(yè)蓬勃發(fā)展。目前管道建設(shè)中管道對接環(huán)形焊縫的現(xiàn)場焊接多由手工完成,或采用需要人工干預(yù)的軌道式自動焊接設(shè)備,嚴重制約了管道建設(shè)的發(fā)展。因此開展智能化管道焊接機器人研究,提高管道焊接質(zhì)量和效率,具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
管道焊接機器人屬特種機器人研究領(lǐng)域。本研究針對大型油氣輸送管道(直徑≥Φ600mm)現(xiàn)場施工條件下對接環(huán)形焊縫的自動化焊接技術(shù),在結(jié)
2、構(gòu)光視覺傳感器的模型建立及參數(shù)選擇,焊縫圖像的處理方法,移動焊接機器人跟蹤控制方法等方面進行深入研究,研制出基于視覺傳感的管道焊接機器人焊縫跟蹤系統(tǒng)。
本文應(yīng)用透視成像原理通過坐標變換推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的模型,建立傳感器成像點與被測物上點之間的變換關(guān)系。應(yīng)用光度學(xué)理論,結(jié)合光學(xué)成像系統(tǒng)與帶通濾光片的作用,推導(dǎo)出視覺傳感器輸出灰度圖像的弧光干擾模型,指導(dǎo)結(jié)構(gòu)光視覺傳感器設(shè)計過程中傳感檢測位置以及攝像機傾角等參數(shù)的確定,以減少
3、弧光干擾,有效地提高了焊縫圖像的信噪比。
由視覺傳感器焊縫圖像快速可靠提取焊縫特征信息是實現(xiàn)焊縫跟蹤的關(guān)鍵。通過對圖像處理方法的深入研究,針對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器焊縫圖像中干擾的特點,采用一維離散LoG(LaplacianofGaussian)濾波、鄰域均值濾波、基于先驗知識改進的最大方差閾值分割和標記法小區(qū)域去噪組成焊縫圖像預(yù)處理方法,快速獲得清晰的焊縫圖像。然后對焊縫圖像進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)細化處理得到焊縫骨架,可靠提取了焊縫特征信
4、息。結(jié)果表明,采用這種處理方法結(jié)構(gòu)光視覺傳感圖像具有良好的抗干擾性,處理一幅像素400×300圖像的時間不大于0.08秒,滿足焊縫跟蹤的需要。
針對滑動轉(zhuǎn)向移動機器人和直角坐標焊槍調(diào)整機構(gòu)組成的管道焊接機器人,應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計了管道焊接機器人環(huán)形運動控制律;提出基于圓柱坐標的管道焊接機器人環(huán)形焊接焊縫跟蹤算法;為提高焊縫跟蹤精度,研究了當(dāng)管道焊接機器人車輪軸線與管道軸線有偏角時的跟蹤補償方法。
研制
5、出焊槍側(cè)置形式的管道焊接機器人樣機,由永磁輪吸附在焊縫一側(cè)的被焊管道上運動,與騎跨在焊縫上的管道焊接機器人相比,使焊縫跟蹤精度不受管道對口精度的影響,并可以完成管道彎角對接焊縫的焊接,擴大了其工作范圍。
研制出一套結(jié)構(gòu)光視覺傳感器,編制了焊縫圖像處理軟件?;贚abVIEW軟件平臺研制出能實現(xiàn)圖像采集、角度傳感器信號采集、伺服電機運動控制等的管道焊接機器人測控系統(tǒng)。
實驗表明,基于視覺傳感管道焊接機器人跟蹤系統(tǒng)可靠性
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