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本文利用工控机、图像采集卡、工业相机和激光器,设计了激光线结构光3D视觉系统;利用工控机、运动控制卡、伺服驱动器和六轴串联机器人组成机器人运动系统;两者共同构成基于激光线结构光的机器人轨迹跟踪系统。通过3D视觉系统获取跟踪物体的三维信息,提取其位置坐标,求得机器人工具的位置和姿态并对其进行运动控制,实现对物体三维轮廓边缘的实时跟踪,可用于焊缝跟踪、轮廓扫描等场合。主要内容包括以下几个方面:(1)机器人运动控制:完成机器人控制柜的设计与制作。建立了机器人的D-H模型,利用Matlab工具箱编写机器人运动学正解和逆解函数。设计了基于MFC的运动控制程序,实现机器人单自由度运动及任意点对点的直线运动,为轨迹跟踪实验提供运动平台。(2)3D视觉系统:完成了基于激光线结构光3D视觉系统的设计与连接。对搭接、对接和V形槽三种形式的轨迹轮廓提出了相应的视觉识别方法,并根据所识别的轨迹点提出机器人位姿调整方法。根据3D视觉系统获得的轨迹点信息提出了机器人轨迹跟踪方法,并设计了轨迹跟踪程序。(3)轨迹跟踪系统标定对机器人轨迹跟踪系统的各个部分进行了标定,包括机器人运动学标定,相机标定、激光器标定和机器人手眼标定。利用激光跟踪仪测量机器人轴线获得D-H模型参数的初始值,并根据误差模型进行参数修正,机器人绝对定位精度达到1mm。基于Halcon的视觉系统标定获得了相机的内参数、激光器的外参数和机器人的手眼关系矩阵,实现视觉系统在机器人基坐标系上的测量。(4)轨迹跟踪实验与分析:进行了机器人轨迹跟踪实验,验证了论文提出的轨迹跟踪方法和系统标定方法。实验结果表明,本文提出的基于激光线结构光3D视觉的机器人轨迹跟踪系统在速度10mm/s以内,能有效对波浪线、折线、直线轨迹进行跟踪,平均误差在0.5mm左右。