焊接机器人示教系统开发及基于图像的示教新方法研究

论文摘要

焊接机器人作为工业机器人应用的一个重要领域,对提高企业工作效率、提升产品质量、降低企业生产成本等方面有着非常重要的意义。本文主要针对焊接机器人的示教盒进行研究。示教盒作为一个独立的嵌入式系统,起到提供用户示教编程、与主控制器通信、控制焊接机器人本体等作用。主要介绍了示教再现型示教盒的软硬件的开发流程。同时,由于示教再现型焊接机器人存在着焊缝对接困难、难以对曲线焊缝进行焊接、示教效率较低等缺点,提出一种新型的示教方法,即基于图像的焊接机器人自动示教方法。该方法通过摄像头采集焊缝信息,运用图像处理方法自动提取焊缝信息,生成示教文件,从而控制焊接机器人自动对焊缝进行焊接,大大提高了示教的效率,并且能够对曲线焊缝进行焊接,无须人工示教。第一章首先简述了焊接机器人在国内外的应用现状及其研究现状与发展趋势,提出了本文的研究意义、目的,并给出了本文的主要内容。第二章,从整体上介绍了整个焊接机器人系统的本体结构。然后介绍了示教盒的硬件部分。本章重点介绍了示教盒的功能设计及其软件的整体结构,并研究了操作系统、GUI界面、LwIP网络通信等底层驱动程序的移植及其开发过程。第三章主要介绍了示教盒界面的规划及其实现,并介绍了示教盒键盘的功能规划,最后介绍了一下用户示教编程的步骤及其方法。第四章介绍了示教盒与主控制器之间通信的实现方法,包括网络通信和串口通信。重点介绍了通信过程中通信协议的制定与实现。第五章对基于图像的焊缝识别示教方法进行研究。在本章中,重点介绍了焊缝图像的预处理方法,并给出了大量的试验照片论证算法的有效性。第六章介绍了从焊缝图像中提取焊缝坐标的方法,并征对不同的焊缝结构提出了不同的提取方法。最后阐述了如何自动生成示教文件,控制焊接机器人实现焊接。最后总结全文并对下一步工作做出了规划,提出了一些展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 焊接机器人的应用现状
• 1.2 焊接机器人国内外研究现状
• 1.3 本课题的意义与研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 焊接机器人系统及底层驱动程序设计
• 2.1 焊接机器人主体介绍
• 2.2 示教盒硬件电路设计
• 2.3 示教盒软件整体结构规划
• 2.4 实时操作系统介绍及其移植与应用
• 2.S LwIP简介及其移植
• 2.6 GUI系统的应用
• 2.6.1 GUI系统的移植
• 2.6.2 图形及英文数字的显示
• 2.6.3 汉字的显示
• 2.7 Nand-Flash存储器结构及其应用
• 2.8 PS2键盘驱动程序编写
• 2.9 本章小结
• 第三章 示教系统界面规划与示教编程
• 3.1 示教盒界面规划与实现
• 3.2 键盘按键规划
• 3.3 用户示教程序编辑过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 示教盒与主控制器通信功能的设计与实现
• 4.1 LwIP网络通信过程
• 4.1.1 网间协议
• 4.1.2 传输层协议
• 4.2 LwIP网络通信协议
• 4.3 网络线程在示教系统中的实现
• 4.4 串口在通信中的作用
• 4.4.1 串口通信简介及其硬件实现
• 4.4.2 串口驱动程序
• 4.5 本章小结
• 第五章 焊缝图像识别算法与试验
• 5.1 示教再现型示教盒的缺点及其改进办法
• 5.2 结构光获取三维坐标原理
• 5.3 焊缝图像的预处理过程
• 5.3.1 图像增强介绍及实现
• 5.3.2 图像滤波
• 5.3.3 形态学方法对图像进行修整及去噪
• 5.3.4 阈值二值化
• 5.3.5 细化
• 5.4 曲线尺寸滤波与分支消除
• 5.4.1 曲线蔓延获得最长曲线原理
• 5.4.2 曲线收缩消除曲线分支原理
• 5.5 试验结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于焊缝识别的示教新方法研究
• 6.1 根据焊缝图像获取焊缝坐标的方法研究
• 6.1.1 “U”型焊缝坐标获取方法研究
• 6.1.2 “V”型焊缝坐标获取方法研究
• 6.2 示教文件的自动生成
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究工作总结
• 7.2 研究工作展望
• 参考文献
• 作者简历