1、外文原文：http:/ 中文 2940 字 关节机器人对基于视觉反馈控制的激光焊接的焊缝追踪 出处： Intellige. & Automation, LNCIS 362, pp. 281287, 2007 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 GPI 转移
2、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
3、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 eye-in-hand 的可视伺服结构，物体的平面移动轨迹实现了一种 eye-on-object 的方法 。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
4、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. J.小湖等人（艾德 )：机械手。焊接处。， Intellige。自动化、 LNCIS 362, pp. 281 287,2007. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 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
5、的 GPI 转移方方法，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
6、;CLCR 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， B结构之间的转化矩阵 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 GPI转移来检测 5。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
7、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： ZCL-f=ZCL。 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 ZCL-f ZCL的基础上，人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： 0ii0Yv vSZffuSZfXfuyCLiCLxiCLiCLi &
8、nbsp; (1) 其中，（ ui， vi） -图像坐标系中的一点 （ u0， v0） -图像坐标系中的中心点 Sx,Sy 一个图素的宽与高， mm f 凸透镜的焦距， mm （ CLXi， CLXi， CLZi） -在 CL中直线上一点的坐标系 在 CL中空间直线的等式如下： nZZmYYlX CLCLCLCLCLCL 000X &nbs
9、p; (2) 其中， (CLXi， CLYi， CLZi)-CL中线段上一点的坐标系， mm （ CLl， CLm， CLn） -在 CL中被检测线段的方向矢量， mm 控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 M 的平面并且与轨迹线垂直。因此，平面与轨迹线的交点就是起始点。 nZZmYYlX
10、XZZnYYmCLCLCLCLCLCLMCLCLMCLCL000MCLCL 0XX-l (3) 其中，（ CLXM， CLYM， CLZM） -在 CL中激光焦点的坐标系， mm 通过等式（ 3）就可以获得 CL中起始位置（ CLXN， CLYN， CLZN）。 3 转 置计算 改变起始位置的坐标系，以及从 CL到 T的激光焦点，然后，通过 T中的Jacobian矩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）。
11、（ 1） 选择激光焦点 OT 作为初始点， （ 2） 选择激光束作为 ZT，从纤维手电筒指向物体的焊接处， （ 3） XT 轴通过等式（ 4）来确定： CLETECLETE XZXZ /X TE (4) （ 4） YT 轴通过等式（ 5）来确定： TETETE xzy (5) 其中， EXCL 对 E中 XCL 的描述 EXT， EyT， EZT 对 E中 XT， yT， ZT 的描述 T中 TPMN 转换通过等式（ 6）来计算： MNTT CLCLCLEETMN pT （ 6）
