基于立体视觉的激光焊接机器人轨迹跟踪研究

激光跟踪技术在工程机械焊接中的应用探究

激光跟踪技术在工程机械焊接中的应用探究摘要:激光跟踪技术在工程机械焊接中的应用为提高焊接质量、提升生产效率和降低资源浪费带来了新的机遇和挑战。

通过实时追踪焊接路径和焊缝形态，激光跟踪技术能够准确识别复杂形状的焊接，实现精确的位置控制和姿态调整。

同时，激光跟踪技术的多焊点同步控制能力有助于提高焊接效率和一致性。

此外，激光跟踪技术还可以实时监测和控制焊接接头的形态，确保焊接符合设计要求。

关键词：激光跟踪技术；工程机械焊接；应用引言工程机械焊接是工程机械制造过程中不可或缺的环节，其质量和效率直接影响到工程机械的性能和可靠性。

然而，传统的焊接技术在工程机械焊接中存在一些不足，如精度局限性、自动化程度低和环境污染与资源浪费。

为了解决这些问题，激光跟踪技术逐渐应用于工程机械焊接中，并取得了显著的效果。

1.激光跟踪技术概述1.1原理及技术特点激光跟踪技术是基于三角测量原理实现的。

它通过在目标物体上投射激光束，根据激光束在三维空间中的位置和姿态信息，结合相应的计算方法，可以精确定位和追踪目标物体的运动。

具体工作流程如下：激光器产生激光束，经过透镜或反射镜形成光斑投射到目标物体上；激光束经过相应的传感器接收，并记录目标物体的位置和姿态信息；通过数据处理和计算，可以得出目标物体的实时位置和姿态参数。

激光跟踪技术可以实现对目标物体的高精度定位和姿态跟踪，能够满足各种精密要求的应用场景。

激光跟踪技术采用实时采集和处理的方式，可以实时获取目标物体的位置和姿态信息，满足实时控制和监测需求。

激光跟踪技术采用无线传输方式，不需要与目标物体直接接触，有利于保护目标物体的表面完整性。

激光跟踪技术可根据不同应用需求，灵活配置和组合其他传感器，实现更复杂的运动捕捉和定位任务。

1.2应用场景与优势激光跟踪技术在工程机械焊接中的应用已经得到了广泛的应用和验证。

它可以用于焊接设备的定位和姿态控制，提高焊接精度和效率。

激光跟踪技术可以通过实时追踪焊接路径，指导焊接头在复杂形状工件上进行准确定位和焊接，避免了传统定位方式的约束和限制。

激光视觉引导机器臂焊缝跟踪系统应用分析

激光视觉引导机器臂焊缝跟踪系统应用分析摘要：在实现焊接自动化的过程中，焊缝自动跟踪技术是十分关键的一点。

本文以弧焊机器人系统为例，在其传统的模式上，设计了一种由激光视觉所引导的机器臂焊缝跟踪系统。

本文在了解激光焊缝跟踪系统结构的基础上，进一步分析了激光焊缝对于图像的处理以及激光焊缝跟踪控制算法，并最终从对实验结果的分析过程中证明了激光视觉焊缝跟踪系统具有十分广阔的应用前景。

关键词：激光视觉；机器臂；焊缝跟踪系统；应用1.引言近几年，我国的金属制造业发展十分迅速。

在加工金属的过程中，应用最为普遍的加工方法是焊接技术，随着金属制造业的大幅度增加，实现自动化的金属加工具有十分重要的意义。

焊缝跟踪技术具有十分显著的作用，主要包括：一是可以对焊缝的位置信息进行实时的传送；二是让焊炬的运动控制这一模块变成一种自适应的闭环焊接系统，正是由于其所具有的上述优点，所以国内外相关企业以及研究机构都对这一技术进行了连续的研究，并在研究的过程中不断开发新的传感器以及焊缝跟踪技术。

现阶段视觉传感技术在检测图像以及控制运动等方面依然是使用的计算机平台，因此在控制软件开发的过程中存在很大的难度。

为解决这一问题，有研究者提出对于图片的处理通过可编程控制器 FPGA 或者是单片机平台进行，但是经过实验发现这两种方法都存在低速以及低精度的弊端，此外，对于这些跟踪系统来说，其对检测到的跟踪偏移量信息的通信过程是依靠一些比较繁琐的通信协议完成的，因此很难方便的连接到行业内部的主流焊接设备系统，也就是说，这些方法在实际应用中存在着一定的限制。

对于激光视觉所引导的传感跟踪技术来说，其特点主要包括以下几点：第一点是该技术包含大量的信息；第二点该技术其可以实现在垂直以及水平双维度上的跟踪；第三点是该技术具有比较高的灵敏度与精确度；第四点是因为该技术不接触被焊工件因而其适合任何一种破口的形状，适用性比较好。

正是因为激光视觉所引导的传感跟踪技术解决了传统的电弧传感方法以及机械传感方法的弊端，因为其在现实生活中的应用前景是十分广阔的。

焊缝跟踪

激光视觉焊缝
跟踪系统
敏越科技--机器人智能应用专家，专注于激光视觉系统与工业机器人离线编程软
件产品
标准工业机器人焊接具有高效、灵活的特点，但它只能按照预先教编写的程序沿固定路径运动。

在大规模实际生产中，由于工件民族教育误差、焊接过程热变形、工装不稳定等因素，会导致焊缝轨迹、焊缝特征与实际焊接参数不吻合，从而降低焊接质量甚至导致焊接失败。

敏越科技研发的三维激光视觉焊缝跟踪系统SmartEye系列，能实时检测焊缝位置和焊缝特征，控制引导机器人运动，对事先编好的和路径进行实时误差补偿，降低补烛率。

同时可根据焊缝特征对焊接过程参数进行修正，从而提高工业机器人焊接质量。

传感器可消除定位误差以及由热变形带来的不良影响，降低了焊接
过程中的夹具工装成本，提高了焊接工作站的柔性化水平。

已经广泛应用在汽车制造、船舶、高铁、三轮车、罐体焊接等工业机器焊接领域。

激光视觉传感器
SmartEye系列激光视觉传感器采用了高速CMOS图像芯片+FPGA核心芯片设计方案。

充分展现了高速壮行计算，强稳定性等优势，保证了传感器具有200帧每秒的采集和处理速度，使传感器可以适用于快速焊接领域以及高速扫描测量领域。

自动化焊接培训中焊接机器人的路径规划与动态跟踪

自动化焊接培训中焊接机器人的路径规划与动态跟踪自动化焊接技术的应用已经成为现代制造业中不可或缺的一部分，而焊接机器人作为自动化焊接技术的重要载体，其路径规划与动态跟踪技术更是关键。

本文将从路径规划和动态跟踪两个方面探讨焊接机器人在自动化焊接培训中的重要性和应用。

一、路径规划路径规划是指根据焊接工件的形状和尺寸，确定焊接机器人运动轨迹的过程。

合理的路径规划能够确保焊接机器人按照预定的路径进行工作，并且能够高效地完成焊接任务。

1. 基于CAD模型的路径规划现代焊接机器人通常能够通过导入CAD模型来进行路径规划。

首先，利用CAD软件绘制焊接工件的三维模型，并在其中标注焊缝信息。

然后，将CAD模型导入到焊接机器人的控制系统中，通过算法计算出焊接机器人的最佳运动轨迹。

最后，根据路径规划结果，焊接机器人能够准确地进行焊接操作。

2. 正反向运动学算法的应用焊接机器人在进行路径规划时，需要涉及到正反向运动学算法的应用。

正向运动学算法能够根据关节角度计算出焊接机器人末端执行器的位置和姿态；而反向运动学算法则是通过指定焊接机器人末端执行器的位置和姿态，计算出关节角度。

利用这两个算法的结合，即可实现焊接机器人的路径规划。

二、动态跟踪动态跟踪是指焊接机器人在实际焊接过程中，通过传感器等装置对焊缝位置进行实时检测和跟踪的过程。

通过动态跟踪技术，焊接机器人能够实时感知焊接工件的变化，保持焊接焦点的准确性和稳定性。

1. 视觉传感器的应用视觉传感器是动态跟踪技术中常用的一种装置。

焊接机器人通过视觉传感器不断获取焊接工件的图像，然后通过图像处理算法对焊缝进行检测和跟踪。

在焊接过程中，如果焊缝发生变化，焊接机器人能够实时调整焊接路径，确保焊接质量。

2. 力传感器的应用力传感器也是实现动态跟踪的重要装置之一。

焊接机器人通过力传感器实时感知焊接瞬间的力变化，如果发现力超过设定阈值，说明焊接出现问题。

焊接机器人能够通过调整焊接力度，保证焊接质量的一致性。

焊接机器人轨迹规划

焊接机器人轨迹规划随着工业化进程的不断推进，现代制造业对于生产效率和质量的要求越来越高。

为了提高生产效率和产品质量，焊接机器人被广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械等领域。

然而，焊接机器人在生产过程中，需要遵循一定的轨迹来完成工作，轨迹规划就成为了影响焊接机器人效率和质量的重要因素。

一、轨迹规划的定义和作用轨迹规划，是指对机器人的运动轨迹进行规定，使其符合工作要求的一种技术。

它是机器人技术中的一个重要研究方向，也是机器人技术中最具挑战性的问题之一。

轨迹规划对于焊接机器人来说，具有以下重要作用：1、提高焊接机器人效率。

通过规划合理的运动轨迹，可以缩短焊接时间，提高焊接速度，从而提高焊接机器人的效率。

2、提高焊接机器人精度。

规划合理的运动轨迹，可以避免机器人出现误差，从而提高焊接机器人的精度。

3、降低焊接机器人的维护成本。

规划合理的运动轨迹，可以减少机器人运动中的冲击和振动，从而延长机器人的使用寿命，降低机器人的维护成本。

二、焊接机器人轨迹规划的关键技术焊接机器人轨迹规划是一项复杂的技术，它涉及到机器人空间位置、先进的控制技术和计算机技术等多个方面。

以下是焊接机器人轨迹规划的关键技术。

1、机器人空间位姿表示法。

机器人运动轨迹的规划要通过机器人的位姿表示法来实现，位姿表示法是机器人控制中的重要概念。

目前，常用的位姿表示法有欧拉角法、四元数法和旋转矩阵法等。

2、路径规划算法。

路径规划算法是轨迹规划的核心。

目前，常用的路径规划算法有迭代最近点法、基于网格的算法、基于采样的算法、基于遗传算法等。

3、机器人运动学。

机器人运动学是研究机械臂运动的科学，是机器人技术中不可避免的基础技术。

机器人运动学的研究，旨在解决机器人如何控制、如何运动、如何完成操作等问题。

三、焊接机器人轨迹规划的实现焊接机器人轨迹规划是一个综合性的工程，在具体实现中，需要考虑多个方面的问题。

以下是焊接机器人轨迹规划的实现步骤。

1、确定焊接轨迹。

基于视觉定位的机器人焊接系统

采样率扫描速度
基准距景深
６０点／４线４／０桢秒
ｌ０１ｍｍ６ｍｍ０
工件在线整体定位功能的机器人汽车焊接系统，
介绍了系统的组成、工作流程及机器人定位过程，为汽车焊接过程提出了一套自动化、柔性化应用方案，可以有效克服工件的装卡误差，大大
焊接系统主要包括焊枪、焊接电源及送丝机构，其中焊接电源选用的是ＫｅＡｃＳｍｐｒＹＮ３０焊０
机，如图２所示。该焊机与机器人通过ＤｖｃＮｔｅｉｅ总ｅ线通讯，在焊机上直接设置焊接参数（如焊接电
一
套自动化、柔性化应用方案，可以有效克服工件的装卡误差，大大提高焊接质量。
文献标识码：Ｂ文章编号：１０ — １４２１）８１９３９０（０Ｏ —０５一Ｏ０３Ｏ
关键词：机器人；三维扫描；工件定位；焊接
中图分类号：Ｔ４Ｐ２２
的热点之一。汽车业竞争越来越激烈，各个厂
家需要越来越先进的生 Nhomakorabea设备和系统来扩大自己的生产、增进效率、降低成本。汽车自动化系统的发展成为了业界瞩目的焦点之一，而机器人的
应用为汽车领域自动化提供了重要途径。特别是
流、电压、送丝速度等），并存储在通道内；工

视觉机器人焊接技术的研究综述与展望

视觉机器人焊接技术的研究综述与展望发布时间：2022-05-06T02:24:30.106Z 来源：《科学与技术》2022年2期作者：曹磊[导读] 工业机器人是结合多种学科技术且面向工业生产方向的多自由度机械手曹磊中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161002摘要：工业机器人是结合多种学科技术且面向工业生产方向的多自由度机械手，在焊接、喷涂、码垛、产品以及搬运领域应用十分广泛。

伴随科学技术的发展，同时我国社会老龄化不断加剧，劳动力成本逐年增加，同时存在着进行传统加工制造业的一线工人逐年减少的问题，在这样的背景下，工业机器人的快速发展对于提高工作效率、降低劳动力成本都有着极其重要的意义，特别是在高危场合，使用机器人代替人工去执行危险任务更能凸显发展工业机器人的必要性。

本文主要分析视觉机器人焊接技术的研究综述与展望。

关键词：弧焊机器人；摆弧路径；焊接性引言焊接机器人、喷涂机器人、打磨机器人都属于工业机器人。

其中焊接机器人占工业机器人总数的比例较大，是目前应用最广泛的工业机器人。

焊接机器人的广泛应用推动了焊接机器人技术的发展，同时也为焊接过程的自动化应用提供了有利的条件。

对焊接机器人来说，需要依靠示教编程技术实现焊接作业，传统示教编程方式主要分为两大类：在线示教、离线编程。

而离线编程因为其难以保证在建模尺寸理论与实际的一致性、焊接前建模准备时间过长、难以保证位置精度和合适的姿态等问题，所以不易完成高精度的焊接任务，因此一般采用示教器或PC控制机器人焊枪末端工具坐标中心点（TCP）到达指定位姿并进行记录的方式进行焊接作业。

而在目前焊接任务的复杂程度不断增加，而用户对焊缝质量和示教效率要求越来越高的形势下，降低示教的难度和工作量，提高示教效率，实现示教的自适应性，从而提高生产效率显得尤为重要。

随着图像处理、机器视觉技术的快速发展，出现了多种应用于机器人焊接的传感器。

1、焊接机器人国内外研究现状传统制造业严重依赖人工，随着现代工业的发展，企业劳动力成本变高，同时人工操作精度不高，日复一日的操作难以保持同一水平，这无疑对制造业自动化是一个巨大的阻碍。

焊接机器人运动学分析及轨迹规划研究

中图分类号：ＴＰ２４２．２；ＴＨ１１３．２文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ４５５１（２０１３）０４ — ０３９０ — ０５
Ｓｔｕｄｙｏｆｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇｆｏｒｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｄｉｆｉｆｃｕｌｔｉｅｓｏｆｂｅａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｌｉｑｕｅｉｆｅｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｇａｓｃｏｎｔａｉｎｅｒｓａｎｄｏｔｈｅｒｌａｒｇｅｗｅｌｄｍｅｎｔｓ，ａ７
ＬＩＵＰｅｎｇ，ＳＯＮＧＴａｏ，ＹＵＮＣｈａｏ，ＧＡＯＺｈｉ — ｈｕｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）
ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍ（ＤＯＦ）ｌａｒｇｅｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｏｂｏｔｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｅｑｕａｔｉｏｎｓ