[發明專利]工業焊接機器人焊縫跟蹤過程位姿自動調整方法

無效

• 申請號: 201310281988.9
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103418950A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 白瑞林;閆文才;王秀平;李新
• 申請（專利權）人: 江南大學;無錫信捷電氣股份有限公司
• 主分類號: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及工業焊接機器人控制領域，具體是指一種基于線結構光視覺傳感器引導的工業焊接機器人位姿調整策略和任務協調策略，控制機器人以期望的位姿進行焊接，提高焊接質量。

背景技術

機器人技術是集諸多學科于一體的高新技術。工業機器人廣泛應用在工業生產的各個領域，其中焊接仍然是最主要的應用領域之一。焊接機器人的工作方式以示教或離線編程為主，方法不適于復雜工件，在加工對象狀態發生變化時，加工質量一般不能滿足要求。工業生產的柔性化，要求焊接機器人具有一定的通用性和靈活性，焊縫自動跟蹤是提高焊接機器人智能程度的前提，也是當前所面臨的主要問題之一。采用視覺傳感器的機器人焊縫跟蹤技術，不需要預先對工業機器人的運動軌跡進行示教或離線編程，可節約大量的編程時間，并提高生產效率和加工質量。

激光視覺傳感技術是基于激光三角測量原理的光學測量技術。線激光照射到被焊接目標表面，在工件表面焊縫處形成激光斷裂條紋，再經過視覺跟蹤傳感器實時采集焊縫圖像、焊縫特征提取與識別，精確提取焊縫坐標。激光束、焊槍與焊縫準確協同是獲得合格焊接質量的前提。

曲線焊縫跟蹤需要完成三個任務，一是要保證焊槍以高精度跟蹤焊縫，二是保證焊槍以期望的位姿進行焊接，三是保證跟蹤過程中獲得連續、穩定的視覺信息，即保證圖像特征始終存在于視覺傳感器視場內。任務一、二直接決定了焊接的質量，任務三決定了能否得到連續的視覺信息，決定了視覺跟蹤的成效。這樣就需要協調三個任務以保證曲線焊接視覺跟蹤任務的完成。

發明內容

本發明的目的在于設計一種基于線結構光視覺傳感器引導的工業焊接機器人位姿調整策略和任務協調策略，在已知焊縫三維信息的前提下，控制焊接機器人以期望的位姿進行焊接，提高焊接質量。

為達此目的，本發明基于線結構光視覺傳感器引導的工業焊接機器人的焊縫跟蹤位姿調整技術方案如下：首先基于B樣條技術，將獲得的焊縫三維信息進行曲線擬合，得到比較平滑的焊縫信息；在焊槍末端建立兩個坐標系，分別為當前坐標系和理想坐標系，通過計算兩坐標系之間的旋轉矩陣，得到機器人的旋轉矩陣；根據機器人當前姿態與旋轉矩陣獲得機器人的下一點姿態和位姿(包括姿態信息與位置信息)。本發明的任務協調技術方案如下：通過目標點在當前圖像坐標系的坐標與標準圖像坐標比較，設計一模糊控制器來調整機器人末端關節軸的旋轉量，保證待采集焊縫點始終存在于視覺傳感器視場內；設計一任務協調控制器，保證焊槍以高精度與期望位姿跟蹤焊縫，同時保證跟蹤過程獲得連續、穩定的視覺信息；最后根據焊縫信息與機器人姿態獲取焊接機器人的最終位姿。整個流程包括曲線焊縫擬合模塊、旋轉矩陣計算模塊、機器人中間位姿計算模塊、末關節軸旋轉調整模塊、焊接機器人最終位姿計算模塊。

第一步，將獲得的焊縫三維信息進行B樣條曲線擬合，得到平滑的焊縫曲線，提高焊接質量。B樣條曲線方程為：

P(u)=Σl=0ndiNi,k(u),umin≤u≤umax,2≤k≤n+1]]>

其中，d_i(i=0，1，…n)是n+1個控制頂點，N_i，k(u)(i＝0，1，…，n)為k次規范B樣條基函數，也稱之為混合函數。