针对机器人示教抓取异构件水龙头仅能适应固定姿态,缺乏自主获取位姿能力的问题,开发了一套双目视觉引导的异构件定位抓取系统。首先通过单目及双目标定获取相机参数及相对位姿,接着对图像进行预处理、立体校正。经过二值化、形态学等图像处理算法将水龙头待抓取区域提取并且创建为模板。采用模板匹配与极限约束结合的方法进行特征匹配,根据匹配点视差及相机标定结果计算三维坐标,同时利用图像的二阶矩计算偏转角度。最后根据手眼标定矩阵及偏转角转换公式,求得水龙头在机器人基坐标系下的姿态,实现异构件的定位与抓取。实验结果表明x、y、z方向误差分别在±0.9mm、±1mm、±1.4mm以内,偏转角误差在±3.5°以内,具有良好的实用价值。

针对工业机器人对抛光力实时准确监测的需求,提出一种动态零点标定系统,去除抛光机构在运动过程中对传感器零点的影响,提高力信息采集的准确性。研究机器人的DH参数、关节角的动态变化以及抛光机构的重心与质量参数对力传感器的综合力学作用,提出一种惯性力混合神经网络模型。设计理论标定模型、BP模型进行对比,经动态标定实验验证混合模型的准确性。通过动态补偿,三维力、力矩相对平均偏差(RMD)均在4%之内,证明该混合模型对同时包含线性与非线性变化的动态标定系统具有良好的建模精度。

为保障双机械臂在公共活动空间的安全性,提出了一种准确高效的碰撞检测算法。采用球体和胶囊体包围盒简化机械臂模型,根据包围盒之间的相交情况判断是否发生碰撞。通过二次投影法实现快速检测,将包围盒投影为线段,若投影线段未重叠则包围盒未相交;若投影线段有重叠,则将问题进一步转化为空间点到点、点到线段、线段到线段的最短距离求解。通过仿真软件和实体机械臂实验平台对算法进行了分析,结果说明,该算法检测效率高,可直接植入机械臂控制器程序中,满足安全性需要。

针对工业检测中一类具有平面特征的复杂纹理金属工件的位姿检测问题,使用双目视觉和DLP投影仪,将工件的局部特征作为检测重点,提出一种投影差分多线结构光的方法,使差分结构光的中心线相互补偿,减少提取光条中心线出现异常点的概率。运用极线约束特征点行对齐的特性,设计无编码双目结构光系统特征点匹配方法,提高提取平面特征点的稳定性。利用Tukey权重函数改进拟合算法,进一步提升工件被测平面拟合精度和提取工件边缘和角点的准确度,解决了传统拟合模型算法权重分配不合理的问题。经三轴精密滑台实验,并与高精度三坐标仪对比检测结果,验证该方法可以满足高精度三维测量的需求。

根据光学非球面检测平台结构,建立了误差补偿数学模型。用激光干涉仪检测三轴定位误差和直线度误差,采用最小二乘法拟合出多项式系数,得到误差曲线,叠加后实现了误差补偿。测量出3个运动坐标轴两两之间的垂直度误差,采用坐标旋转完成误差补偿。利用机构误差的分析和检定技术,完成非实时误差的补偿。利用标准球做了对比试验。结果表明,经误差补偿后的非球面检测平台精度明显提高。

根据高精度非球面表面检测的要求，设计了一种用于微纳精度测量的光学非球面检测平台伺服控制系统。系统基于DSP芯片控制技术，采用Ti公司生产的TMS320F2812芯片为运动控制电路的核心；基于Windows操作平台和CCS2．0集成开发工具进行软件开发。系统设计的目的是实现平台的多轴运动控制及伺服运动控制系统的软硬件模块的扩展。通过试验和运动仿真对系统的稳定性和精度进行了分析，分析结果表明系统达到了较高的定位控制精度。

针对立铣刀在机视觉检测要求,设计了搭建在机床侧窗的伸缩式检测机构,提出用迭代法快速收敛得到刀具磨损区的初阈值,引入类内方差函数改进最大类间方差法,修正传统算法边界模糊、纹理识别不全、对噪声敏感的缺陷。根据灰度矩旋转不变特性,融合Canny算子提取亚像素级磨损边缘,基于图像平面,创建立铣刀磨损轮廓模型,重构切削刃原轮廓,实现立铣刀磨损快速检测。选取5把立铣刀开展铣削实验,将检测系统与影像测量仪的测量值进行对比。结果表明:测

为实现龙门式多轴自动锁螺丝设备横梁的轻量化,结合BP神经网络与粒子群优化算法对其横梁进行结构优化。以横梁质量为目标函数,数个关键尺寸为设计变量,变形量及固有频率为约束条件建立数学模型。利用BP神经网络拟合设计变量与约束变量的映射关系,结合已建立的神经网络模型,应用基于Deb可行性规则改进的粒子群算法,在满足约束要求的条件下,寻求各关键尺寸的最优值。优化结果表明,优化后的横梁质量减少29.61%,实现横梁轻量化。

针对客车空调紧固件螺栓的焊接成型,提出一种电弧式螺柱焊接方式来替代原有的螺栓预埋气体保护焊方式,设计了一种可以自行更换螺柱的螺柱焊枪,搭建了螺柱焊接实验平台,螺柱直径为10 m m,实现穿透焊的蒙皮试件厚1.2 m m,骨架试件厚3 m m。依据经验公式设定焊接电流为900 A,焊接时间为60 m s时,进行电弧式螺柱焊的实验,完成了客车空调螺柱的焊接成型,最后利用万能材料试验机对焊接完成的试件进行机械拉伸试验,螺柱在焊缝区域以外断裂,证明了电弧式螺柱焊方式能够提高螺柱焊接质量,提升了客车运行的安全性和可靠性。

针对高频加热与淬火工作环境恶劣的情况，设计了高频淬火机械手。该控制系统以PLC为核心，控制三个气缸的电磁阀，使机械手完成移动、夹紧、旋转等动作；利用红外温度传感器对高频加热的工件进行实时温度采集，传送给PLC以实现准确控制温度和高频加热机的起动停止；配套的触摸屏可设定参数、控制机械手、实时显示温度和动作名称，实现对机械手工作过程的监控。实验表明，该控制系统稳定可靠，大大降低工人劳动强度，提高工作效率。