对焊接机器人进行视觉传感的初始焊接位置识别及导引研究,是自动化焊接过程的重要一步,是实现智能化焊接机器人的关键技术之一,对于太空、深海、核环境等人类不便参与的焊接作业的完成具有重要的现实意义。本文为完成实际项目要求,模拟焊工的焊接作业方式,将CCD视觉传感器安放在机器人末端,观察焊接过程,并利用单个摄像机移动两个位置模拟双目立体视觉的方法,识别并获取初始焊接位置的三维信息,实现导引,为进一步实现焊接机器人的自动化焊接奠定基础。基于视觉传感的初始焊接位置识别与导引精度直接取决于视觉系统的结构与标定结果。本文采用模块化的设计思路,改进和开发了一套视觉传感器,实现整个视觉传感器按照功能进行模块间的转换与调节。同时,利用改进的圆点标定板,易于实现CCD摄像机内外参数标定和手眼关系的同时标定,节省了大量标定时间,提高了标定效率。针对实际项目需求和工件本身特点,本文开发了一整套集平板对接、带标记的平面法兰或空间曲线的初始焊接位置识别与导引的图像处理算法。该算法从整体到局部进行图像处理,先进行全局的图像处理,包括图像平滑、自适应阈值分割、边缘提取等步骤,定位含有初始焊接位置特征点的目标区域;进而对该区域进行局部处理,采用经改进的Harris算法或直接灰度扫描的方法提取特征点。本套算法为多路径选择算法,可有效降低宏观信息对特征点信息的湮没,又能大大提高识别与提取的速度,准确率高。通过单目移动两个位置模拟双目立体视觉配置,并采用外极线约束的基于图像特征点进行匹配,对于因不可避免的原因而导致的共轭对所确定的空间射线不相交情况,定义其公垂线的中点来近似两射线交点。根据立体视觉原理恢复图像特征点的三维信息,并通过坐标系变换,将二维图像坐标点转换为可供机器人读取并直接运动的三维坐标。在实际项目的背景下,开发一整套初始焊接位置导引系统软件,针对平板对接、平面法兰进行初始焊接位置的识别与导引实验,最终导引精度在X、Y、Z方向的误差均方差分别达到0.4491,0.8178,1.4794mm和0.5398,0.4260,1.2596mm。本文对影响初始焊接位置识别与导引的因素进行探讨,认为图像处理精度、手眼标定结果、运动视差等是影响精度的主要原因。本文最终在模拟件上进行了导引试验,导引成功率达98%以上,导引精度达到项目要求。