由于機器人焊接的特殊性和復雜性，目前國內外實際焊接生產使用的機器人，總的來說絕大多數還是“示教-再現”型的“盲人”機器人，這種類型的機器人對于焊接環境的一致性要求異常嚴格，其焊接路徑和相關參數都是需要預先設置的。

但是在實際的焊接中常常因為存在變形、變散熱、變間隙、變錯邊、工件加工誤差和裝配誤差等因素造成焊縫位置和尺寸的變化，導致焊縫和示教軌跡有偏差。要讓機器人模擬熟練焊工進行智能化焊接，就必須給“盲人”機器人安裝“眼睛”和“大腦”，其中機器人的“眼睛”就是視覺傳感系統，“大腦”就是機器人跟蹤控制系統，讓機器人能夠自主導引、尋找初始焊位并對焊接過程進行實時焊縫跟蹤控制。

通過視覺傳感的方式對焊接工作空間進行重建，識別工件位置，并將焊槍準確移動到初始焊接位置，在引弧后控制機器人保持對焊縫的跟蹤。這樣提高了機器人的自主焊接水平，解決人工示教效率低的問題。安裝多功能智能化視覺系統，是實現智能化機器人焊接的重要手段之一。

《焊接機器人跟蹤與仿真技術》有針對性地闡述了焊接機器人圖像傳感與處理、機器人焊接自主導引與跟蹤、焊接機器人建模與控制、焊接機器人離線仿真等關鍵技術。在介紹基礎性知識的同時，對專業性內容進行了適度的闡述解析與探討，力求為讀者展示當前焊接機器人傳感與仿真技術，拓展讀者的思維方式。

全書共五章，第1章緒論，第2章介紹焊接機器人圖像傳感與處理，第3章介紹機器人焊接自主導引與跟蹤，第4章介紹焊接機器人建模與控制，第5章介紹焊接機器人離線仿真。

▼ 目 錄

前言

第1章 緒論1

1.1 機器人的定義1

1.2 機器人的發展歷程2

1.2.1 機器人的產生與發展2

1.2.2 工業機器人發展現狀4

1.3 焊接機器人的分類及發展5

1.4 焊接機器人技術6

1.5 本章小結8

第2章 焊接機器人圖像傳感與處理9

2.1 引言9

2.2 激光視覺傳感器的設計10

2.2.1 激光視覺傳感器的結構10

2.2.2 傳感器中關鍵部件的選型10

2.3 焊接硬件系統14

2.4 外圍軟件系統15

2.5 視覺系統標定16

2.5.1 相機系統標定16

2.5.2 手-眼系統標定17

2.6 電弧區域的提取及作用18

2.7 基于視覺注意模型的激光條紋的提取19

2.7.1 多區域多方向Gabor濾波20

2.7.2 非均勻性度量22

2.7.3 亮度突變性度量23

2.7.4 綜合顯著圖的生成25

2.7.5 基于聚類的干擾數據的去除26

2.8 T形接頭腹板上邊沿輪廓線的提取28

2.9 斜率突變點的提取29

2.9.1 焊縫輪廓預處理30

2.9.2 斜率計算與平滑31

2.9.3 斜率單調區間的獲取31

2.9.4 單調區間斜率跨度的OTSU分割32

2.10 焊縫輪廓局部極值點的提取33

2.11 焊縫輪廓特征點提取算法有效性的驗證33

2.12 本章小結35

第3章 機器人焊接自主導引與跟蹤37

3.1 引言37

3.2 導引與跟蹤系統38

3.3 視覺傳感系統39

3.3.1 主動視覺傳感器39

3.3.2 被動視覺傳感器41

3.4 焊縫跟蹤軟件系統44

3.5 焊縫跟蹤系統自動標定46

3.6 機器人焊縫跟蹤圖像處理47

3.6.1 被動視覺焊縫圖像處理47

3.6.2 主動視覺焊縫圖像處理49

3.7 初始焊位導引53

3.7.1 三維點云重建過程54

3.7.2 基于KD樹的點云背景減除57

3.7.3 焊接工件分割與擬合59

3.7.4 焊縫與焊接起始點檢測60

3.8 焊縫跟蹤控制62

3.8.1 實驗系統62

3.8.2 精度驗證實驗63

3.8.3 焊縫跟蹤結果64

3.9 本章小結68

第4章 焊接機器人建模與控制69

4.1 引言69

4.2 機器人自動焊接中常見建模方法69

4.3 智能化機器人焊接系統的混雜特性及模型預測控制研究70

4.3.1 智能化機器人焊接過程的混雜特性70

4.3.2 機器人T形接頭多層多道自主焊接的HS分析72

4.3.3 焊槍運動特性分析72

4.3.4 機器人多層多道自主焊接過程的自動機描述73

4.3.5 模型預測控制與焊接77

4.3.6 MIQP問題78

4.4 焊槍偏差實時獲取79

4.5 焊縫跟蹤控制方案80

4.5.1 焊槍糾偏控制方案80

4.5.2 多層多道自主焊接控制流程82

4.6 無弧跟蹤軌跡為參考輸入的MPC83

4.6.1 預測模型83

4.6.2 基于帶約束遺傳算法的MPC滾動優化設計87

4.6.3 TTWARIMPC的反饋校正90

4.6.4 MPC的離線仿真91

4.6.5 TTWARIMPC焊接試驗92

4.7 優化時域參考軌跡均等的MPC95

4.8 基于增量式PID的焊縫跟蹤控制97

4.9 焊接機器人信息優化控制99

4.10 焊接柔性系統建模條件100

4.10.1 系統分析100

4.10.2 焊接柔性制造系統建模方法100

4.11 焊接機器人柔性制造系統信息建模101

4.11.1 焊接機器人系統信息流特點101

4.11.2 單機器人焊接制造柔性系統建模101

4.11.3 多機器人焊接柔性制造系統建模103

4.12 焊接柔性制造系統模型結構約簡104

4.13 焊接機器人柔性制造系統PN模型仿真105

4.13.1 單次仿真105

4.13.2 多次仿真105

4.14 機器人焊接柔性制造系統控制實驗107

4.14.1 引言107

4.14.2 實驗平臺107

4.15 本章小結108

第5章 焊接機器人離線仿真110

5.1 引言110

5.2 離線編程仿真技術現狀111

5.3 基于虛擬樣機的焊接機器人仿真112

5.3.1 焊接機器人的參數建模112

5.3.2 焊接機器人模型的建立113

5.3.3 虛擬樣機仿真前處理115

5.3.4 焊接機器人軌跡規劃118

5.3.5 焊接機器人軌跡仿真122

5.3.6 仿真結果數據處理與分析125

5.4 本章小結126

參考文獻128

責任編輯：lq6