外文翻譯--關(guān)節(jié)機(jī)器人對(duì)基于視覺(jué)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(jí)： 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 英文題目一 譯內(nèi)容 全文 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 文章主要意思翻譯地基本準(zhǔn)確，專業(yè)術(shù)語(yǔ)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(duì)基于視覺(jué)反饋控制的激光焊接的焊縫追蹤 摘要 ：激光焊接對(duì)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(jué)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(lái)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(lái)。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(jué)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(duì)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(lái)改善機(jī)器人在人們所認(rèn)識(shí)的環(huán)境下的能力。作為一個(gè)重要的測(cè)量方法，視覺(jué)對(duì)改善工業(yè)機(jī)器人在人們所認(rèn)識(shí)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(tái)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(wèn)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(kāi)發(fā)了一種工業(yè)火焰跟蹤系統(tǒng)來(lái)切割視覺(jué)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(guò)程中利用了用于焊縫識(shí)別 5的 移方方法，并且人們提出了一種改善過(guò)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?cè)跈C(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(jué)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(lái)。 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(jué)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(guò)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(jué)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(lái)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(guò)的線與線匹配的方法。 經(jīng)過(guò)改善的推測(cè)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(cè)線段的方向矢量， 制系統(tǒng)的提出是為了通過(guò)移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人來(lái)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(lái)。 因?yàn)椋附泳€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(wèn)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(guò)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(guò) 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(guò)等式（ 4）來(lái)確定： /X ) （ 4） 通過(guò)等式（ 5）來(lái)確定： (5) 其中， 對(duì) E中 描述 對(duì) E中 描述 T中 換通過(guò)等式（ 6）來(lái)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(guò)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(kāi)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(cè)以及基于音響視覺(jué)的焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)可以很好的用在軌跡識(shí)別，檢測(cè)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(méi)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(lái)搜索的照相機(jī)的鏡頭下部的邊界；長(zhǎng)的白色直線是通過(guò) 移方式所探測(cè)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(guò)音響視覺(jué)運(yùn)算法則在 3 維空間中所計(jì)算出來(lái)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(shí)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(jué)反饋控制。在例如激光焊接和切割的精密材料加工過(guò)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(guò)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(jué)的方式重建。通過(guò)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(lái)。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(guó)國(guó)家自然科學(xué) 基金會(huì)（編號(hào)： 50275083），以及用于高等教育博士計(jì)劃的研究基金（編號(hào)： 20020003053）的支持。 參考文獻(xiàn) 1. 以 3