[發明專利]人機協作共享控制遙控焊接的方法

有效

• 申請號: 200910073421.6
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101745765A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 李海超;高洪明;張廣軍;陳洪堂;吳林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 徐愛萍

技術領域

本發明涉及一種遙控焊接的方法。

背景技術

在核電站設備維修、海洋工程的水下施工，以及未來的太空站建造中，焊 接應用必不可少。這些極限環境的限制使操作者難以身臨現場，直接操作焊槍 或者設備，傳統的焊接方式無法應用，必須進行遙控焊接。遙控焊接指人在遠 離現場的安全環境中根據從現場的各種傳感信息對焊接設備和焊接過程遠程 監視和控制，從而完成焊接操作。由于機器人具有對環境的適應性，因此在研 究和實際應用中，用來作為執行機構。進行遙控焊接時，操作者通常遙控操作 機器人，引導焊槍來完成遙控焊接。

遙控焊接操作通常采用兩種控制方式：直接控制和自主控制。直接控制是 把操作者的手動命令序列傳給遠端的焊接機器人控制器，實時控制焊接機器人 的運動。直接控制充分利用人的感知、決策和判斷能力來增強系統的適應能力， 控制過程直觀、簡單、有效，具有較好的故障恢復能力。但在遙控焊接時，由 于對遠端不確定環境的有效傳感信息不充分，底層執行能力不足，在有時延情 況下操作不能夠連續進行，只能采用“運動-等待”的方法，嚴重時系統不能 工作。自主控制是機器人系統借助某種傳感系統如力覺傳感系統、視覺傳感系 統等來控制焊槍運動的位置與姿態，全自主完成焊接。對于工業生產中的規則 連續焊縫，通過自主控制能夠實現穩定的焊縫跟蹤過程，而遙控焊接經常用于 焊縫修補任務，焊縫不連續，焊道截面尺寸不規則，同時焊縫周圍存在障礙， 自主跟蹤焊縫不能夠連續進行。因此現有的遙控焊接的控制技術都存在局限 性，都不能很好的完成遙控焊接任務。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前遙控焊接中有時間延遲情況下，直接控制操 作不能夠連續進行，甚至不能工作，以及在焊接環境復雜，焊縫坡口輪廓尺寸 不規則時，自主跟蹤焊縫焊接不能實現的問題，提出了一種人機協作共享控制 遙控焊接的方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：所述方法由以下步驟實現 的：步驟一：宏觀變焦攝像機采集二維視頻圖像，并通過視頻線將二維視頻圖 像傳給宏觀視覺顯示器，操作者在本地端的中央監控人機界面中通過焦距控制 及第二可控云臺調整視野；

步驟二：操作者操作空間鼠標發出控制指令，通過工業以太網傳給遠端的 機器人控制器去控制遠端機器人的運動，機器人引導焊槍移動達到焊縫上方 30-40mm附近，同時機器人控制器實時將焊槍的位姿矩陣傳給本地端的中央 監控人機界面，調整界面中虛擬環境的機器人的位姿；

步驟三：雙目攝像機將獲取的焊接環境圖像傳輸給本地端的立體視覺顯示 器，操作者佩戴液晶光閘眼鏡觀察獲得遠端環境的深度信息，并在中央監控人 機界面中調節第一可控云臺從多視角觀察，操作者跟蹤焊縫；

步驟四：工件固定在工作平臺上構成遠端的焊接環境，具有六個自由度的 機器人的第六關節與焊槍固接，焊槍上安裝有激光視覺傳感器工作頭，激光束 中心距焊槍尖端橫向距離20--30mm，焊槍處于焊接環境空間的任意位置；

步驟五：操作者操作中央監控人機界面啟動激光視覺控制器和激光視覺傳 感器工作頭并啟動焊接電源，當激光視覺控制器處理焊縫的特征點實現焊槍的 引導后，機器人向焊縫的起始點運動；

步驟六：機器人運動到焊縫的起始位置，開始焊縫自動跟蹤，在此過程中 焊槍保持與工件的弧長距離為2-3mm，距離參數通過中央監控人機界面設定；

步驟七：操作者根據焊縫的形式和焊接環境的特點，通過本地端的中央監 控人機界面設定人機協作共享控制算法控制焊槍的位置和姿態，其中人機協作 共享控制算法由自由度加權融合算法和自由度分割算法構成：

當焊縫為坡口輪廓規則的平面焊縫時，操作者通過本地端的中央監控人機 界面采用自由度分割算法，由激光視覺控制器和激光視覺傳感器工作頭控制焊 槍位置的高度Z和橫向偏差Δx，操作者控制焊槍的其余姿態，速度Y在中央 監控人機界面中設定，激光視覺傳感器工作頭引導焊槍向工件表面的焊縫起始 位置移動，當激光視覺傳感器工作頭能夠跟蹤焊縫時，機器人控制器開始控制 焊槍沿著焊縫走向前進，手動命令控制焊槍的姿態(Rx，Ry，Rz)，其中Rx 為行進角、Ry為工作角、Rz為自旋角，直至作業完畢；