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基于激光雷达的船体表面焊缝识别与打磨机器人系统研究
| 论文题名： | 基于激光雷达的船体表面焊缝识别与打磨机器人系统研究 |
| 关键词： | 激光雷达;船体表面;焊缝识别;打磨机器人;K邻近搜索 |
| 摘要： | 为了加强船体表面作业无人化的开发研究,提高造船自动化程度,提高造船效率,结合船体表面作业处理时人工操作的困难性，提出了利用基于激光雷达的船体表面焊缝识别与打磨机器人系统来代替人工操作的问题，为满足造船环境的安全性要求，设计了基于磁吸附式机构的表面处理机器人机构。利用激光雷达对船体表面的焊缝进行识别与定位，通过三维表面重构技术完成了基于三维数据的表面可视化功能。通过试验验证了激光雷达识别的精度和表面重构算法，证实了算法的可行性。 首先，本文研究了国内外关于表面处理机器人以及激光雷达扫描技术的研究，提出了基于激光雷达的船体表面焊缝检测、表面重构与打磨系统方案。 然后，结合船体表面处理时的现场环境，从应用实现的角度将整个系统分成机械部分和电气控制部分，分析了该系统的功能要求以及性能指标之后，设计了系统的机械结构，进行了整体结构以及关键零部件的设计与选型工作，对几个主要的自设计敏感工件做了有限元分析验证了其强度性能。 接着，从电气控制角度，分别介绍电气系统硬件选型和软件系统的设计研究，对工控机、电机系统、激光雷达、变频器以及限位传感器等器件进行了选型。基于系统功能要求分模块完成了控制软件系统的整体设计，在MFC框架下开发了焊缝识别与打磨系统软件。 再者，针对焊缝识别、重构与打磨系统中焊缝的识别与点云重构算法进行了研究，介绍了雷达的工作原理，研究了焊缝数据点的提取以及基于数据的聚类分组滤波算法，并且进行了实验验证分析，研究了三维点云的表面重构算法，对比了曲面拟合和三角化曲面重构的优缺点，研究了点的K邻近搜索算法以及基于区域增长的三角网格重构算法。为实验提供了理论算法依据。 之后，根据系统的整体设计和各个分系统的设计，完成了样机的组装和调试工作。设计了实验的方法和检测方法，并进行了试验，验证了本文所述方案算法的可行性，验证了基于点云的三维表面重构算法。分析了系统的误差来源。 最后，对整篇文章做了系统性的总结，也提出了将来所要研究与改进的方向和建议。 |
| 作者： | 李昊 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 顿向明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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