[發明專利]一種使機器人高精度跟蹤指定路徑的設備和方法

無效

• 申請號: 200810012274.7
• 申請日: 2008-07-11
• 公開（公告）號: CN101623867A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 羅振軍;王琛元;賀云;姜春英;鄒媛媛;田永利
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/22;B25J19/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

1.一種使機器人高精度跟蹤指定路徑的設備，由機器人本體(1)、工具支架(2)、位置修正裝置(3)，激光加工頭單元(4)和控制系統組成，其中：安裝有激光加工頭單元(4)的位置修正裝置(3)位于機器人本體(1)末端的工具支架(2)上；激光加工頭單元(4)定位到焊接材料(6)的焊縫(5)上方；所述機器人本體(1)通過大范圍運動實現對指定路徑的粗定位；所述位置修正裝置(3)與機器人本體(1)組成宏-微二級結構，通過與控制系統連接，通過小范圍運動實現對指定路徑的精確定位；其特征在于所述控制系統包括：

一焊縫位置信號處理單元(21)，接收激光加工頭單元(4)中焊縫位置測量傳感器(13)的測量數據，并與主控制單元(20)進行數據交換；

一同軸視覺信號處理單元(22)，接收激光加工頭單元(4)中同軸視覺攝像機(11)的測量數據，并與主控制單元(20)進行數據交換；

一機器人控制單元(23)，存有用戶控制程序，控制機器人本體(1)的運動，并與主控制單元(20)通信；

一主控制單元(20)，存有主控制程序，對來自焊縫位置信號處理單元(21)和同軸視覺處理單元(22)的測量數據進行同步處理，進而驅動位置修正裝置(3)，實現焊縫跟蹤和補償。

2.按權利要求1所述使機器人高精度跟蹤指定路徑的設備，其特征在?于：所述焊縫位置測量傳感器(13)采用一體式的激光結構光傳感器，或分離式的激光結構光傳感器，或立體視覺傳感器。

3.按權利要求1所述使機器人高精度跟蹤指定路徑的設備，其特征在于：所述位置修正裝置(3)采用單個滑臺、或十字滑架、或更多自由度的串聯、并聯或串并聯的運動機構。

4.一種應用權利要求1所述設備使機器人高精度跟蹤指定路徑的方法，其特征在于：實施過程分成第一輪空跑、第二輪空跑、實際焊接三個階段；在第一輪空跑階段運行補償算法，在第二輪空跑階段運行補償算法和參考值生成算法，在實際焊接階段運行補償算法和跟蹤算法；前兩個階段綜合利用焊縫位置測量信息和同軸視覺測量信息計算前方焊縫位置和機器人工具中心點與焊縫之間的偏差，獲得機器人工具中心點軌跡偏差的補償數據和焊縫位置參考數據；實際焊接階段利用焊縫位置測量信息和焊縫位置參考數據進行跟蹤與補償控制，通過位置修正裝置修正機器人系統的運動，使機器人工具中心點沿著指定路徑連續前進，且與指定路徑的偏差小于機器人的路徑重復精度。

5.按權利要求4所述的方法，其特征在于：在第一輪空跑階段，補償算法在“記憶”模式下連續運行，即通過同軸視覺攝像機觀測連續獲得機器人工具中心點與實際焊縫之間的偏差，并根據機器人工具中心點速度和時間計算當前機器人工具中心點沿焊縫前進距離，沿焊縫前進距離和對應的偏差組成的數組作為一組機器人工具中心點軌跡偏差的補償數據，保存到工具中心點軌跡偏差補償表格中。

6.按權利要求4所述的方法，其特征在于：在第二輪空跑階段，補償算法在“回放”模式下連續運行，即從工具中心點軌跡偏差補償表格中的數據進行查找和插補，生成工具中心點偏差補償量，發送給位置修正裝置進行位置修正，實現工具中心點的在線補償；并連續運行參考值生成算法，將焊縫相對于焊縫位置測量傳感器的局部坐標與位置修正裝置的位移量反饋值相加獲得焊縫相對于機器人末端原點的絕對坐標；同時通過同軸視覺攝像機觀測獲得機器人工具中心點與焊縫之間的偏差；將絕對坐標與偏差的數據相減得到當機器人工具中心點正好位于焊縫正上方時前視距離處的焊縫相對于機器人末端原點的參考坐標，該參考坐標與當前機器人沿焊縫前進距離組成的數組作為一組焊縫位置參考數據，保存到焊縫位置參考表格中。

7.按權利要求4所述的方法，其特征在于：在實際焊接階段，主控制程序連續運行跟蹤算法和補償算法；其補償算法在“回放”模式下連續運行，從工具中心點軌跡偏差補償表格中的數據進行查找和插補，生成工具中心點偏差補償量；其跟蹤算法計算得到預測跟蹤指令和抑振指令；再將預測跟蹤指令、抑振指令以及工具中心點偏差補償量相加，得到位置修正裝置需要達到的絕對位姿；其中所述跟蹤算法包括：偏差計算算法、濾波算法和預測與抑振算法。