[發(fā)明專利]基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的智能焊接機(jī)器人實(shí)時(shí)焊縫跟蹤方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610009504.9
• 申請(qǐng)日: 2016-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN105458463A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪波;唐明;李湘文;姚強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/127
• 分類號(hào): B23K9/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接自動(dòng)控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的智能焊接機(jī)器人實(shí)時(shí)焊縫跟蹤方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)今，在工業(yè)4.0高科技戰(zhàn)略計(jì)劃的全球大背景及中國2025機(jī)械制造新形勢(shì)下，機(jī)器人的推廣和應(yīng)用是必不可少的重要環(huán)節(jié)，焊接自動(dòng)化、焊接機(jī)器人以及智能化已成為焊接技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。越來越多的焊接機(jī)器人已廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化制造的各個(gè)領(lǐng)域。但是，現(xiàn)在工廠里大多數(shù)的焊接機(jī)器人僅維持在傳統(tǒng)的示教再現(xiàn)的水平，對(duì)于空間復(fù)雜焊縫軌跡及復(fù)雜尺寸和形狀的工件，需花費(fèi)大量的人工時(shí)間來示教，不僅帶來巨大的人力消耗，也不利于縮短生產(chǎn)周期、降低成本。

示教再現(xiàn)型機(jī)器人對(duì)焊接條件的穩(wěn)定性要求極為苛刻。實(shí)際焊接生產(chǎn)中，由于不同工件、不同焊接任務(wù)的焊縫軌跡的復(fù)雜性，難以甚至不能用具體的曲線方程設(shè)定焊接軌跡，從而導(dǎo)致示教困難，由此難以得到優(yōu)良的焊接質(zhì)量和焊縫成形。同時(shí)，示教型機(jī)器人對(duì)焊件裝配精度要求高，受實(shí)時(shí)焊接所引起的應(yīng)力變形干擾大。最主要的原因在于，機(jī)器人只具備單一執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能，不具備感知外界信息的能力，由此不能通過獲取焊槍相對(duì)目標(biāo)焊縫軌跡的空間位姿關(guān)系來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主修正即焊縫跟蹤。為了解決這一問題，必須給機(jī)器人配置外界感知傳感器，賦予其獲得外部信息的能力。

在常用的焊縫跟蹤傳感器中，電弧傳感器實(shí)時(shí)性最好，跟蹤性能穩(wěn)定且精度高，成本低，適合于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)電弧傳感器在進(jìn)行空間掃描采集信號(hào)時(shí)，相對(duì)其他現(xiàn)有的傳感器，能夠減少數(shù)據(jù)樣本重疊率，提高信號(hào)特征維度，從而較準(zhǔn)確的提取焊槍的三維位姿信息，包括多個(gè)自由度，與具有多自由度的機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合完美互補(bǔ)。目前，將旋轉(zhuǎn)電弧傳感技術(shù)應(yīng)用在機(jī)器人系統(tǒng)上，解決空間復(fù)雜焊縫軌跡自動(dòng)跟蹤的研究較少。針對(duì)旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行研究，以機(jī)器人系統(tǒng)為主體，結(jié)合旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)糾偏，為焊縫跟蹤技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用提供理論參考，這也是焊接機(jī)器人朝著自動(dòng)化、柔性化和智能化發(fā)展的必然要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明旨在提供一種穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、實(shí)用性強(qiáng)、簡(jiǎn)單且易實(shí)現(xiàn)的基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的智能焊接機(jī)器人實(shí)時(shí)焊縫跟蹤方法。針對(duì)不同的焊縫甚至空間復(fù)雜軌跡，研究以旋轉(zhuǎn)電弧傳感器為主體的焊縫跟蹤系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，提出了一種基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的智能焊接機(jī)器人實(shí)時(shí)焊縫跟蹤方法，發(fā)明了一種用于旋轉(zhuǎn)電弧焊縫跟蹤傳感器信號(hào)預(yù)處理的裝置和一種分離焊槍的空間位姿信號(hào)的維度分類器，克服機(jī)器人只具備單一執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能，不具備感知外界信息的能力的局限性。發(fā)明了一種旋轉(zhuǎn)電弧實(shí)時(shí)跟蹤擴(kuò)展串口，在保留焊接機(jī)器人原有功能模塊基礎(chǔ)上開發(fā)機(jī)器人通訊串口，偏移量和偏移角信號(hào)經(jīng)該串口控制電路后轉(zhuǎn)換為焊接機(jī)器人系統(tǒng)能識(shí)別的機(jī)器語言，將得到的信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至擴(kuò)增的旋轉(zhuǎn)電弧實(shí)時(shí)焊縫跟蹤傳感器模塊，由機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理該偏差信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。該方法通過旋轉(zhuǎn)電弧傳感器獲取焊槍的空間位姿來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人靈活多變的實(shí)時(shí)跟蹤，為旋轉(zhuǎn)電弧傳感技術(shù)在機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤提供新方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：根據(jù)旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫跟蹤系統(tǒng)與焊接機(jī)器人系統(tǒng)的各自特點(diǎn)，本發(fā)明將其有機(jī)結(jié)合。焊接機(jī)器人保留原有功能模塊，對(duì)焊接過程中旋轉(zhuǎn)電弧焊縫跟蹤傳感器采集到的電流信號(hào)進(jìn)行濾波等預(yù)處理，增加了一種維度分類器裝置，對(duì)該處理信號(hào)進(jìn)行維度分離，獲取焊槍的空間位姿信號(hào)，包括電弧中心與焊縫中心的兩正交方向偏移量，焊槍高度的偏移量，焊槍焊件之間航向角、橫滾角、俯仰角與理想位姿的三個(gè)偏移角。增加了一種旋轉(zhuǎn)電弧實(shí)時(shí)跟蹤擴(kuò)展串口，開發(fā)機(jī)器人通訊串口，信號(hào)經(jīng)該串口控制電路后轉(zhuǎn)換為焊接機(jī)器人系統(tǒng)能識(shí)別的機(jī)器語言，將得到的偏移量和偏移角實(shí)時(shí)傳輸至擴(kuò)增的旋轉(zhuǎn)電弧實(shí)時(shí)焊縫跟蹤傳感器模塊，由六自由度智能焊接機(jī)器人執(zhí)行糾偏動(dòng)作。