工业机器人作为现代制造业的支撑技术和重要的自动化装备,被智能制造多个领域所引进。尤其是焊接作业场景,传统的人工操作方式已逐渐被工业机器人所取代。现有的工业机器人焊接系统存在前期准备繁琐,外界感知能力不够,自主作业能力不足等缺点,具有一定的局限性。随着机器视觉技术的飞速发展,将其引入工业机器人焊接场景,可以在一定程度上提高机器人的感知能力,这对提高焊接作业乃至制造业的智能化水平具有非常重要的意义。本文以工业机器人在焊接场景的作业为背景,以提高工业机器人焊接作业的自主作业能力与智能化水平为目的,以机器人运动学、机器视觉以及轨迹规划为理论基础,研究了焊缝图像信息处理以及机器人在笛卡尔空间的轨迹规划算法,并完成了焊接系统的设计,用于验证本文理论在实际应用中的效果。主要包括以下内容:(1)机器人焊接系统的方案设计。对组成系统的控制器、机器人、焊接方案以及检测装置四部分内容分别进行了论证设计,确定了本文系统的基本方案。针对方案中所构建的机器人双目Eye-to-Hand视觉检测系统,介绍了其成像原理与相机标定方法,介绍了手眼标定的原理与方法,为焊缝信息的处理与焊枪定位提供基础。针对所采用的工业机器人,采用D-H方法完成机器人运动学建模,并进行了正逆运动学分析,为机器人焊接作业的轨迹规划与控制提供基础。(2)焊缝图像信息处理方法研究。介绍了焊缝图像信息处理的预处理算法;利用Canny边缘检测算法,对焊缝的边缘检测进行了研究;利用Zhang-suen细化算法,对焊缝中心线的提取进行了研究;根据双目立体视觉与极线约束的原理,对焊缝中心线的立体匹配进行了研究,实现了焊缝的三维坐标的测量。(3)机器人轨迹规划算法的研究。针对曲线型焊缝的焊接作业,对笛卡尔空间的机器人轨迹规划算法进行了研究。研究了基于粒子群算法的分段路径规划算法,并在Matlab中完成了仿真验证;研究了基于正弦加速度曲线与跨段前瞻的速度规划算法,并在Matlab中完成了仿真验证。(4)焊接系统软硬件设计与验证。在系统方案的基础上进一步实现了工业机器人焊接系统,主要包括硬件部分的选型以及软件部分的程序设计。为验证本文的焊缝图像信息处理与轨迹规划算法在焊接系统中的实际效果,设计了相机标定实验、焊缝图像信息处理实验、焊枪定位实验以及实物焊接实验。焊缝的识别定位结果在X、Y、Z方向上的最大误差均小于0.32mm,焊接实验结果均匀连续,焊接效果满足系统要求。实验结果表明,本文方法有效可行,一定程度上提高了工业机器人在焊接场景的自主作业能力与智能化水平。