外文翻譯--關(guān)節(jié)機(jī)器人對基于視覺反饋控制的激光焊接的焊縫追蹤 中文版

畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 外文翻譯 英文翻譯題目一： 學(xué) 院 名 稱： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級： 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 英文題目一 譯內(nèi)容 全文 指導(dǎo)教師評語 文章主要意思翻譯地基本準(zhǔn)確，專業(yè)術(shù)語基本正確。 指導(dǎo)教師簽字： 2010 年 2 月 25 日 關(guān)節(jié)機(jī)器人對基于視覺反饋控制的激光焊接的焊縫追蹤 摘要 ：激光焊接對于機(jī)器人軌跡精度有相當(dāng)高的要求。為了提高機(jī)器人激光焊接時(shí)的動(dòng)態(tài)軌跡精度，人們基于立體視覺反饋控制的原理提出一種新的三維焊縫追蹤的方法。這種方法建立了一種可視反饋控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中有兩個(gè)集中于一點(diǎn)的相機(jī)被安裝在工業(yè)機(jī)器人的后面。人們建造了一種具有坐標(biāo)系統(tǒng)的工具以便把機(jī)器人最終環(huán)節(jié)的位置轉(zhuǎn)移到該工具上。人們提出了一種 移方法，這種方法是利用雙目望遠(yuǎn)鏡可視技術(shù)和一種逐行選配 的修改法則來計(jì)算激光焦點(diǎn)和焊縫的位置，它使得激光焦點(diǎn)和焊縫之間的動(dòng)態(tài)軌跡錯(cuò)誤可以計(jì)算出來。人們最終控制機(jī)器人的移動(dòng)，并且在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上盡可能減少運(yùn)動(dòng)軌跡的錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方法能有效改善用于激光焊接的工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡的精度。 關(guān)鍵詞 ：工業(yè)機(jī)器人，視覺反饋，焊縫跟蹤，軌跡精度。 1 引言 目前，賣給客戶的關(guān)節(jié)機(jī)器人僅僅能夠保證位置精度而不能保證運(yùn)動(dòng)軌跡。然而，隨著制造加工業(yè)的發(fā)展，一些高速和高精度的工作，例如激光焊接和切割，對軌跡精度有十分高的要求。此外，在嚴(yán)格地結(jié)構(gòu)化環(huán)境下目前的工業(yè)僅能夠 在預(yù)定的命令下移動(dòng)，這限制了他們的應(yīng)用范圍。人們提出了許多研究計(jì)劃來改善機(jī)器人在人們所認(rèn)識的環(huán)境下的能力。作為一個(gè)重要的測量方法，視覺對改善工業(yè)機(jī)器人在人們所認(rèn)識的不同的環(huán)境下的能力起著重要作用。 參照文獻(xiàn) 1 ，人們以位置為基礎(chǔ)建造了一種具有可視伺服系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人， 并且提出了一種運(yùn)算法則，當(dāng)事先知道物體一些特征點(diǎn)的距離時(shí)，利用這種法則就可以用一臺照相機(jī)估計(jì)出物體的位置和外形 。參照文獻(xiàn) 2 ， 基于 可視伺服結(jié)構(gòu)，物體的平面移動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)了一種 方法 。參照文獻(xiàn) 3 ，有這樣一個(gè)問題：機(jī)器人最終環(huán)節(jié)的真實(shí)位置與人們用空間路徑規(guī)劃和圖像基礎(chǔ)控制的方法所預(yù)期的位置相差很遠(yuǎn) 。參照文獻(xiàn) 4 ，人們開發(fā)了一種工業(yè)火焰跟蹤系統(tǒng)來切割視覺上的平面圖形。 T. （艾德 )： 機(jī)械手。焊接處。， 自動(dòng)化、 62, 281 287,2007. 007 在本文中，為了改善激光焊接機(jī)器人移動(dòng)軌跡的 準(zhǔn)確度，在軌跡追蹤的過程中利用了用于焊縫識別 5的 移方方法，并且人們提出了一種改善過的運(yùn)算法則以便更加精確地重建軌跡線和激光焦點(diǎn)。與此同時(shí)，人們巧妙的建立了一種工具坐標(biāo)系使得工具轉(zhuǎn)移位置的計(jì)算容易而又快捷。人們在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上計(jì)算機(jī)器人的改變位置，并最終控制機(jī)器人的移動(dòng)以及盡可能的減少軌跡的錯(cuò)誤。 2 激光焦點(diǎn)和軌跡線的三維重建 所建立的機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的硬件如如 1 所示。一個(gè)激光加工工具和兩個(gè)相機(jī)安裝在關(guān)節(jié)機(jī)器人的后部。激光焦點(diǎn)和軌跡線在兩個(gè)照相機(jī)中顯示出來。 系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖 2 所示， 系統(tǒng)的框架如圖 3 所示。其中， RE 機(jī)器人的基礎(chǔ)和最終效果結(jié)構(gòu) 左右照相機(jī)的結(jié)構(gòu) T 工具的結(jié)構(gòu) M， N 需要焊接的激光焦點(diǎn)理想的點(diǎn) T A， 照相機(jī)內(nèi)部與外部的參數(shù) 1,音響視覺坐標(biāo)系，機(jī)器人手與之間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣 6，以及機(jī)器人的手與工具之間的相關(guān)坐標(biāo)系都可以預(yù)先校正。 在兩個(gè)圖像中的激光焦點(diǎn)和軌跡線可以通過起點(diǎn)分割的方法和 。因?yàn)樽笥艺障鄼C(jī)中的圖像是相匹配的，所以基于音響視覺重建的原理，可以重建左照相機(jī)中激光焦點(diǎn)的位置。 參 照文獻(xiàn) 7,人們提出了一種線與線相匹配的方法來重建左右照相機(jī)中圖形的三維線段。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種方法通常會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，當(dāng)照相機(jī)遠(yuǎn)離所觀察的物體時(shí)，錯(cuò)誤就會(huì)減少。原因是經(jīng)常用到小孔成像的模型。照相機(jī)越遠(yuǎn)離物體，小孔成像的模型就越偏左。其公式為： 然而，為了改善圖像，使照相機(jī)遠(yuǎn)離物體就不合適了。建立在不等式 們提出了一種改善過的線與線匹配的方法。 經(jīng)過改善的推測圖像的公式為： 0) 其中，（ （ y 一個(gè)圖素的寬與高， mm f 凸透鏡的焦距， 直線上一點(diǎn)的坐標(biāo)系 在 空間直線的等式如下： 00X (2) 其中， (-線段上一點(diǎn)的坐標(biāo)系， 被檢測線段的方向矢量， 制系統(tǒng)的提出是為了通過移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人來控制軌跡線上的激光焦點(diǎn)。為了控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，軌跡線上的起始激光焦點(diǎn)應(yīng)預(yù)先計(jì)算出來。 因?yàn)?，焊接線的曲率通常很小，所以，焊接線被近似的看成是由許多直線組成的。起始發(fā)現(xiàn)的問題變成計(jì)算直線中激光焦點(diǎn) M 的起始點(diǎn) N。構(gòu)建一個(gè)覆蓋點(diǎn) 此，平面與軌跡線的交點(diǎn)就是起始點(diǎn)。 ) 其中，（ 激光焦點(diǎn)的坐標(biāo)系， 過等式（ 3）就可以獲得 起始位置（ 3 轉(zhuǎn) 置計(jì)算 改變起始位置的坐標(biāo)系，以及從 T的激光焦點(diǎn)，然后，通過 T中的陣在共同的空間中計(jì)算轉(zhuǎn)化后的坐標(biāo)系。如下所示構(gòu)建工具坐標(biāo)系 T（如圖 2 所示）。 （ 1） 選擇激光焦點(diǎn) 為初始點(diǎn)， （ 2） 選擇激光束作為 纖維手電筒指向物體的焊接處， （ 3） 通過等式（ 4）來確定： /X ) （ 4） 通過等式（ 5）來確定： (5) 其中， 對 E中 描述 對 E中 描述 T中 換通過等式（ 6）來計(jì)算： （ 6） 在 T中 陣的計(jì)算與 E中的相似，唯一的區(qū)別在于用 代替 過這種方法，工具末端的轉(zhuǎn)置計(jì)算變成了機(jī)器人末端的轉(zhuǎn)置計(jì)算。這將更加容易和快捷。（ 轉(zhuǎn)置坐標(biāo)系從 的坐標(biāo)系到最后一點(diǎn)的坐標(biāo)系。） 當(dāng)開始追蹤時(shí)，保持機(jī)器人最終環(huán)節(jié)的方向不變。用 T中的 陣在共同的空間內(nèi)計(jì)算轉(zhuǎn)換位置： 16611 01 (7) 其中， i=1， 2， ,n） i 的轉(zhuǎn)換點(diǎn) n 機(jī)器人焊接點(diǎn)的數(shù)目 T中的 陣 4 實(shí)驗(yàn)與分析 實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明軌跡檢測以及基于音響視覺的焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)可以很好的用在軌跡識別，檢測和自動(dòng)追蹤中。即時(shí)追蹤的錯(cuò)誤少于 例如，兩塊鋼板緊緊地撞在一起而沒有產(chǎn)生溝槽，機(jī)器人末端的追蹤速度是20mm/s。焊縫（軌跡線）的位置和方向不能 預(yù)先知道。圖 3a 是追蹤前所拍攝的圖像。在圖像中有兩條短的白色平行線，它們是用來搜索的照相機(jī)的鏡頭下部的邊界；長的白色直線是通過 移方式所探測到的軌跡線，白色的圓點(diǎn)是激光焦點(diǎn)，黑色的方形點(diǎn)是激光焦點(diǎn)和通過音響視覺運(yùn)算法則在 3 維空間中所計(jì)算出來的軌跡線的起點(diǎn)。圖 3b 所展示 的是追蹤結(jié)果的圖像，其中激光焦點(diǎn)已經(jīng)沿著焊接線移動(dòng)到了其起點(diǎn)的位置。 （ a）追蹤前的圖像 （ b）追蹤后的圖像 圖 X,Y,Z 軸上的錯(cuò)誤和追蹤到的空間距離上的錯(cuò)誤如圖 4 所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明X,Y,Z 軸上的錯(cuò)誤的誤差小于 間距離上的錯(cuò)誤的誤差小于 統(tǒng)不僅能夠自動(dòng)的識別焊縫，并且在即時(shí)的軌跡追蹤和控制中滿足焊接的要求。 5 總結(jié) 在這篇文章中，人們提出了讓用于激光焊接的關(guān)節(jié)機(jī)器人進(jìn) 行 3 維焊縫追蹤的方法，其基礎(chǔ)是音響視覺反饋控制。在例如激光焊接和切割的精密材料加工過程中，這種方法可以改善關(guān)節(jié)機(jī)器人動(dòng)態(tài)軌跡的精確度。通過人們所提出的這種運(yùn)算法則，軌跡線和激光焦點(diǎn)可以以三維視覺的方式重建。通過一個(gè)適當(dāng)?shù)墓ぞ咦鴺?biāo)系，所需要的代替工具可以容易而又快捷的計(jì)算出來。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上，人們控制機(jī)器人的最終運(yùn)動(dòng)，并盡可能的減少軌跡的錯(cuò)誤。試驗(yàn)結(jié)果表明這種方法可以有效的提高激光焊接機(jī)器人的軌跡精度，并且應(yīng)用這種方法的系統(tǒng)可以滿足高精度軌跡追蹤的要求。 鳴謝 這項(xiàng)研究受到中國國家自然科學(xué) 基金會(huì)（編號： 50275083），以及用于高等教育博士計(jì)劃的研究基金（編號： 20020003053）的支持。 參考文獻(xiàn) 1. 以 3