焊接机器人焊缝建模与轨迹跟踪
(1)焊缝建模
焊缝建模就是针对双目视觉检测到的焊缝边缘点，用数学函数的方式建立焊缝点的空间数学模型。在完成摄像机标定、立体匹配和三维重建后可以计算出每一个特征匹配对在三维空间中对应点的坐标，形成焊缝特征点空间离散点云。然而这些离散的数据并不能直接为焊接机器人系统所利用，需要对这些焊缝特征点进行建模。
由于目标工件立体曲面的焊缝很可能为不规则的曲线，因此很难用一个具体的数学模型进行函数拟合，本文研究的方法是将焊缝划分为若干个足够小的区间，每一个区间用最小二乘空间直线进行拟合，最终完成对整个不规则焊缝曲线的数学建模。
(2)轨迹跟踪
得到三维曲线焊缝的模型后，就是控制焊接机器人焊枪对曲线焊缝进行焊接作业。本文的双目焊接机器人执行机构是由可上下、左右、前后、旋转运动的机械臂组成，机械臂的每个关节均由相应的控制器所控制，为了能够精确的实现焊接流程，整个过程中通过CCD摄像机实时采集图像，在线计算焊枪和目标位置的相对位置误差，通过逆运动学方法求解各个关节修正的运动参数，然后通过基于速度和位置的反馈调节控制焊接机器人的各关节按照计算的参数进行运动。
路径规划
路径规划是指在有障碍物的工作环境中，给定一个起点和一个终点，根据一定的标准(例如路径最短、时间最短)为机器人规划出一条从起点到终点避免碰撞的运动轨迹。完成了对三维空间焊缝的建模后，通过对机械臂进行路径规划，使得焊接机器人能够有条不紊的进行焊接作业。
本文比较了在笛卡尔坐标空间和关节空间进行路径规划的优缺点，在关节空间下进行了焊接机器人的路径规划。分析了传统三次多项式路径插值算法在过路径点不停留情况下不适用的问题，对上述算法进行了改进。分析了线性插值路径算法，该算法时间上最优，但是由于这种直线的插值方式会导致结点处的关节速度不连续，角速度越来越来，对工件的冲击明显，影响工作的稳定性，通过在路径结点的邻域范围内增加抛物线的缓冲区域，使关节的位移、速度变为平滑的连续函数。