随着现代工业化速度加快,越来越多的行业都在采用焊接构件,因此对焊接构件的安全性提出了更高的要求。近年来将超声波应用于材料和冶金领域逐渐成为重要研究方向,超声振动施加于焊接烙池来改善焊接质量越来越引起行业内的关注。本课题将视觉跟踪机器人与超声技术相结合,应用于焊接领域,设计了一种全方位移动超声空化机器人控制系统,可实现在焊接时机器人通过视觉反馈随焊行走,保证超声波始终作用于焊接熔池,使凝结后的焊缝组织变得更紧密、结实,达到提高焊缝质量的目的。通过分析机器人的功能需求和控制系统运行方案,设计以PC+GTS-800系列运动控制卡为控制核心,独立控制四个麦克纳姆轮实现全方位移动的硬件平台。采用C++语言基于Visual Studio 2015平台进行软件设计,主要包括运动控制,视觉检测处理,人机界面,通信等。基于OpenCV软件进行机器视觉开发,采用灰度化、中值滤波等方法对焊点初始图像进行降噪处理,提取出感兴趣的ROI区域。利用HAAR级联分类训练器训练出识别焊点的分类器,确定焊点的中心坐标。建立全方位移动机器人的运动学模型,结合反演法理论设计焊点跟踪控制算法,将焊点中心坐标与摄像头像素中心点偏差作为控制输入,利用基于位置的视觉伺服控制原理,实现机器人随焊行走的控制目标。制作机器人样机并进行实验验证,测试了机器人的行走稳定性以及机器人识别、跟踪焊点效果。实验结果表明所设计的全方位移动超声空化机器人可以在焊接时自动跟踪焊点移动,同时保证超声装置运行稳定,超声波始终作用于焊点周围,改善了焊接熔池的凝固特性。