新型自由曲面三维激光扫描系统

从机械结构、控制系统及操作系统结构等几个角度介绍一种三维激光扫描系统设计方案。系统集成了先进的数据处理技术、激光扫描技术、先进控制技术及机器人技术,有效地借助于光机电一体化技术实现了表面检测及三维表面模型重构智能化及自动化。系统由具有电驱动装置的激光测头、C形滑臂、升降旋转台、电控系统及主控计算机组成。通过所设置测量参数,系统能够对不同的被测物体进行扫描路径规划,进而通过激光测头、C形滑臂及转台的全自动协调控制完成无盲点三维表面测量任务。试验结果表明,该三维激光扫描系统的扫描精度达到0.1 mm,速度为10 000点/s,能够应用于小型工件及模型、模具表面数据检测及模型重构。     

叶片型面激光检测专机的运动轨迹规划与检测研究

针对现今叶片型面检测方法存在检测效率低、受人为主观判断影响大以及接触式测量易磨损测头与工件表面的问题,提出了一种沿叶片截面轮廓线的法线方向的激光扫描检测方式。通过改进的凸包算法有效划分了叶片理论点,实现分段拟合理论点,提高了叶片理论轮廓线的拟合精度,从而准确规划了激光测头的运动路径;采用四坐标检测系统,实现了激光测头的轴线方向与理论检测点的法线方向重合;利用伺服反馈信号和串口通讯技术,实现了激光扫描检测以及数据的实时采集。通过建立测量平台对912L型号叶片进行了检测实验与检测系统的精度检验。研究结果表明,此检测系统能够实现自动化检测,能够避免测头与工件表面的磨损,有效提高了叶片型面的检测效率且满足检测精度要求。     

飞机表面清洗机器人运动学建模和三维仿真研究

利用DH方法建立了飞机表面清洗机器人工作装置的运动学模型,以VisualC 为设计语言,利用OpenGL对机器人自动轨迹规划进行了的三维仿真。实现了机器人对线、面区域的自动规划的目标,并可以通过手控和自动控制实现对机器人进行控制。     

叶片机器人砂带磨抛点云匹配算法优化

为解决机器人磨抛路径中工件坐标系难以计算的问题及校正工件装夹误差,将三维点云配准技术应用到叶片机器人砂带磨抛系统中。由三维激光扫描仪扫描工件型面获得工件点云,采用基于主成分分析(PCA)的全局配准算法和改进的迭代最近点(ICP)算法完成了扫描点云和工件模型离散点云间以及不同工件扫描点云间的匹配,以获取工件坐标系和校正工件装夹误差。相关仿真和试验结果表明,优化后的算法在匹配速度与精度上有了长足改进,且加工后产品精度和质量都能满足实际加工要求。     

基于MotoMan机器人的快速原型制造

工业机器人系统在零件快速原型制造方面有很好的发展前景。笔者运用三维激光扫描仪对物体进行扫描,得到物体表面数据,对物体进行三维重建,并进行了加工工艺和路径的规划,提出了无干涉的三角划分路径规划和Z字型路径规划,对机器人建立了运动学方程,给出了坐标变换矩阵。最后对机器人进行了程序编制,实现快速原型制造。     

基于ASODVS的全景相机运动估计及管网3D重构技术

针对地下管网的空间三维测量、三维形貌重构难等问题,提出了一种基于主动式全方位视觉传感器(ASODVS)的相机运动估计及管网3D重构解决方案。通过携带有ASODVS的管道机器人进入管道内部,实时获取管道内壁纹理全景图像和全景激光扫描图像;首先对全景激光扫描图像处理解析出投射在管道内壁上的激光中心点,通过计算得到管道横截面的点云数据;另一方面,对全景纹理图像进行处理,首先利用快速鲁棒性特征(SURF)算法快速提取特征点并进行匹配,然后采用随机抽样一致性(RANSAC)算法去除误匹配点,接着利用全景相机的极几何原理估计相机运动位姿,并利用光束法平差(BA)进行优化,最后利用相机运动位姿将相机坐标系下的点云坐标实时转换到世界坐标系下,完成对地下管网的三维重构。实验结果表明,所提出的方案能够精确估计相机运动位姿,实时对管道内部进行三维重构,实现了管道检测机器人边行走、边采集数据、边检测分析处理、边三维建模的设计目标。     

基于3D视觉的散乱堆放工件机器人抓取技术研究

自动化生产线上工件的上下料,尤其是工件处于散乱堆放的情形下,其自动上料一直是一个尚未很好解决的难题。利用机器视觉二维、三维测量及信息融合的方法,采用双目立体视觉的技术,对散乱堆放状态下的工件进行二维、三维测量,获取堆放状态下工件的三维点云数据;再通过对整个三维点云数据的分割,获得属于注意力集中条件下单个工件可见部分的三维数据;最后通过与已建立的工件CAD模型离散得到的单个工件的三维数据,进行三维点云的匹配,确定目标工件在散乱堆放中的三维位姿,并自动生成控制六关节机器人执行抓取的运动轨迹与动作程序,从而完成工件的分拣工作。     

基于动态激光扫描的卸煤沟存煤测量研究与应用

为了实现叶轮给煤机高效全自动运行,需对卸煤车间整个卸煤沟内部的料位进行精准且连续的存煤量测量。文章介绍了基于动态激光扫描及三维拼接建模技术的卸煤沟存煤测量方法,包含搭载于吊轨式机器人的激光扫描装置配置、空间坐标系建立、扫描过程、激光点云数据处理、三维建模及存煤量计算等内容,获得了精准的煤沟煤量信息,用于指导叶轮给煤机的作业路径规划及拨轮速度控制,提高了叶轮给煤机作业效率,避免了以往人工就地观察煤沟料位时恶劣环境对其健康的影响,为燃煤电厂带来了显著的经济效益。     

基于HALCON的单目视觉工件位姿测量方法研究

为了满足单目视觉系统对被测工件三维位姿参数测量及机器人实时快速响应要求,提出一种通过单目视觉获取规格已知、位置随机工件三维参数的方法。利用HALCON图像处理软件对机器人和工业相机进行系统标定,通过标定参数进行采集图像预处理、点特征坐标提取,引入约束条件建立三维位姿算法几何模型,完成上位机图像采集与数据处理,并实时将数据通过以太网传送至机器人,实现工件抓取。试验表明,这一方法误差范围达到了工业机器人操作的预期要求。     

三维点云特征的工件识别与位姿估计

针对工业机器人在抓取工件过程中需要识别和定位工件的问题,提出了一种基于改进法矢计算的点云局部描述符SHOT的三维物体识别与位姿估计的方法.首先,对三维扫描仪获取工件表面点云进行预处理和分割,得到用于匹配的工件点云模板数据集;其次,采用均匀采样算法提取特征点集,通过SHOT特征描述符对场景点云与模板点云提取的特征点进行点...     

基于力传感器重力补偿的机器人主动柔顺插孔控制方法

利用工业机器执行插孔作业时,经常会出现误差,导致插孔作业完全失败,还会由于接触力过大,损坏装配件及周边设备.针对上述问题,进行有效的机器人主动柔顺插孔控制研究具有重要的现实意义.利用激光扫描仪获取自身与机器人之间的距离,并转换为三维点云数据,获取机器人在激光扫描仪坐标系中的位置信息.通过六维力传感器采集机器人与工作环境...     

激光喷丸强化系统协调控制方法与实现

针对复杂型面工件激光喷丸强化应用中对加工点位精度的要求以及激光脉冲触发时间点需要与工业机器人调姿到位时间点精确匹配,提出激光脉冲与工业机器人协调控制方法。通过脉冲能量检测实现出光快速反馈,并基于EKI接口通讯实现KUKA机器人运动控制及到位反馈,完成激光脉冲与工业机器人点位运动闭环匹配。在此基础上研制激光喷丸强化工艺系统,主要包含激光光源、工业机器人、传输光路、工艺辅助模块以及上位机控制平台。以平面点阵坐标进行协调控制实验及对整体叶盘进行激光喷丸强化实验。结果表明,本系统具备较好的激光脉冲-工业机器人协调控制精度,能自动完成激光喷丸强化工艺流程,具有对复杂型面工件的激光喷丸强化能力。     

基于VisionPro的蒸汽发生器堵板定位抓取系统设计

针对核电站检修时蒸汽发生器堵板操作的去人工化要求,提出采用机器人搭配计算机视觉实现设计方案.设计采用视觉定位堵板上的三维特征,夹爪与堵板进行孔对孔机械配合完成抓取.视觉定位系统硬件模块基于双目结构光进行堵板表面数据点云的快速采集,软件模块基于VisionPro采用C#编程语言进行开发,利用VisionPro中的3D图像...     

叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工,对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先,通过平行截面法获得抛磨路径割线,以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着,提取曲线特征参数,根据设定的阈值进行抛磨点规划,再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划,从而得到完整的抛磨路径。然后,将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后,搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明,此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工,测得表面粗糙度分别为0.695~0.930μm和2.803~3.243μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划,使工具和工件保持最大接触,从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。     

基于机器人的管道内壁三维重建技术研究

该文主要研究根据排水管道的二维激光扫描信息重建其三维内壁图像的技术与应用。提出了携带二维激光扫描仪的管道机器人对管道内壁进行数据采集及处理的方案;探讨管道内壁的三维数据重建算法,即利用机器人在管道中相对于水平面的二维倾角信息和管道内壁点云的圆柱形几何特征来计算机器人在管道中的姿态,进而得到机器人坐标系相对于全局坐标系的变换矩阵,把不同视点的点云转换到统一的全局坐标系中,对点云进行匹配。实验验证了该文提出的管道三维重建算法的可行性,对于检测管道内部工况具有重要的理论与应用价值。     

特殊工件扫描数据处理

针对逆向工程中激光扫描仪在扫描大型异形工件时点云对齐质量差,点云数据精简效果不理想等问题,提出了先分部精简点云数据再对齐的方法。对坐便器进行扫描处理,实现了工件表面模型的建立。     

基于三维激光扫描仪的立木材积测定方法研究

本文主要研究了三维激光扫描系统测定立木材积的方法.具体方法是先利用激光扫描仪获得点云数据,然后再利用AutoCAD软件建立立木模型,并导出立木胸径、树高等测树因子,最后计算出立木材积.将伐倒木实测数据与激光扫描仪获得的立木材积数据进行比较,结果表明,激光扫描仪测得的立木材积数据精度比较高,可以满足林业调查精度要求.     

3D打印中非金属薄壁件的打印成型策略研究

针对一般非金属类薄壁件注塑成型周期较长、成型精度不高、耗时耗材的问题,提出了一种结合三维激光扫描技术和3D打印技术的非金属薄壁件成型方法。以摩托车薄壁件拐板为对象,首先,选用逆向工程的点云采集技术和点云处理技术,获取了工件精确表征点云数据;然后,通过模型重构与分析技术,设计出了尺寸和表征数据均满足工件要求的模型;其次,运用3D打印前处理技术,进行了模型摆放、支撑添加与切片等操作;最后,使用SLA工业打印机打印出了摩托车薄壁拐板工件。研究结果表明:经过20 h左右工件打印成型,较传统注塑成型明显缩短了试制周期,且该成品尺寸偏差以及表面曲率特征均满足工件要求;该方法适用于工业制造中非金属薄壁件的打印成型,可用于产品前期试制研发,可有效缩短测试周期,降低成本。     

机器人模具抛光系统中抛光工具位姿研究

为了弥补抛光机器人通过示教方式采集抛光点的不足,充分利用了模具数控加工在路径规划方面的功能,生成模具加工表面刀位点,编写算法提取在UG NX 7.5的CAM模块上生成的模具加工数控刀位数据,并在这些数据的基础之上,设计了工业机器人抛光工具的位姿算法。