基于视觉的核电站水下焊接机器人焊缝识别与路径跟踪.pdf

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1、硕士学位论文基于视觉的核电站水下焊接机器人焊缝识别与路径跟踪VISION-BASEDWELDRECOGNITIONANDPATHTRACKINGFORUNDERWATERWELDINGROBOTINNUCLEARPOWERPLANT李浩哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH-39学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于视觉的核电站水下焊接机器人焊缝识别与路径跟踪硕士研究生：李浩导师：陶建国教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH-39U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringVISION-BASEDWELDRECOGNITIONANDPATHTRACKINGFORUNDERWATERWELDINGROBOTINNUCLEARPOWERPLANTCandidate：LiHaoSupervisor：Prof.TaoJianguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Aeronau

3、ticsandAstronauticsManufacturingEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着核电技术的快速发展，越来越多的核电站被建成并投入使用，核电安全问题逐渐引起人们的重视。核电站水池泄漏是主要的核事故之一，当核电水池受到自然灾害或重物坠落等强大外力冲击而

4、发生泄漏时，将严重威胁人类生命安全。人工修补漏点不仅效率低成本高，而且救援人员会受到辐射伤害。因此需要利用水下机器人进行焊缝识别与焊接修补。本文结合水下机器人漏点修补作业的实际问题，设计了一种面向核电水池环境的水下机器人自动焊接的焊缝检测和焊接路径跟踪方法，并对其中的关键问题进行了深入的分析与研究。对于水下摄像机由于镜头前存在防水密封玻璃而导致成像畸变的问题，分析了畸变的原因，通过畸变校正还原真实的水下图像信息。对于水下焊缝图像噪声严重的问题，通过图像滤波预处理降低噪声。对比分析不同边缘检测算法提取焊缝轮廓的效果，得出Canny算法

5、检测效果最好。通过分析Canny算法的不足，提出了一种基于K-means聚类的自适应Canny算法，提高了算法的自适应性。应用Zhang-Suen算法对焊缝图像进行骨架提取，得到焊缝中心线，为焊接路径跟踪提供数据。分析了水下机器人焊接作业时产生的气泡、弧光和水波纹三种主要干扰因素对焊缝视觉检测的影响，提出了基于光流算法的图像气泡干扰去除方法；基于Haar小波变换的图像中弧光干扰去除方法；以及基于光照度分析的水波纹去除方法。这些方法能够有效地去除水下视觉识别时的干扰，有利于水下焊缝信息的提取。根据对水下视觉焊接系统的分析，建立了图像坐

6、标系与世界坐标系之间的转换关系。在笛卡尔空间对焊接机械臂进行轨迹规划，根据相邻轨迹段间夹角的不同，采取不同的转接过渡策略，保证焊接的平稳。通过分析水下机器人本体扰动对焊接误差的影响，设计了基于模糊PID的抗扰动路径跟踪控制方法。在Simulink中搭建了仿真模型，完成了路径跟踪控制仿真实验。根据对水下焊缝识别和路径跟踪等相关技术的研究，搭建了水下视觉焊接实验平台，测试了焊缝视觉识别误差和焊接机械臂路径跟踪误差，并进行了机械臂误差补偿实验。实验结果表明，补偿后的系统综合误差在焊接允许的精度范围内，从而完成了基于视觉的水下焊接实验。关键

7、词：水下焊接机器人；焊缝视觉识别；图像干扰去除；路径跟踪；误差补偿-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofnuclearpowertechnology,moreandmorenuclearpowerplantshavebeenbuiltandputintouse.Nuclearpowersafetyissueshavegraduallyattractedpeople'sattention.Oneofthemajornuclearaccidentsistheleakageo

8、fspentfuelpoolsinnuclearpowerplants.Whenthenuclearpowerpoolleaksduetostrongexternalforcessuchasnaturaldisasterorfalli