[發明專利]一種基于機械臂手眼協調自主焊接控制方法

有效

• 申請號: 201610057065.9
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105537824B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 張攀峰;謝小鵬;余一林;李盛前;殷莉甜;蔣梁中
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02;B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

1.一種基于機械臂手眼協調自主焊接控制方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)人工遙操作機械手，使得雙目視覺在距離焊縫的最佳范圍內沿著焊縫移動測量焊縫的坐標，并將測量的焊縫坐標由雙目視覺的測量基坐標換算到機械手的基坐標；

(2)計算焊縫各點的作業位姿矩陣；

(3)調用運動學反變換法求得機械手的各關節逆解的角度序列；

(4)人工設定作業參數，完成一次性焊接；

所述雙目視覺在距離焊縫的最佳范圍，是指選取焊縫作業誤差允許范圍內的插補點序列坐標；

所述計算焊縫各點的作業位姿矩陣，是根據各插補點的位置，以及插補點所在平面的法線方向確定焊槍對插補點序列的焊槍位姿序列；

所述各關節逆解的角度序列，是通過運動學逆解方法方法中的反變換法，求得各關節在焊縫序列點的作業位置。

2.根據權利要求1所述基于機械臂手眼協調自主焊接控制方法，其特征在于：

步驟(4)人工設定作業參數，是指人工設定作業時間，各插補點的各關節速度可求，實現焊槍一次性作業完成。

3.根據權利要求1所述基于機械臂手眼協調自主焊接控制方法，其特征在于：

在步驟(1)中，以10個點為例，檢測到的焊縫序列點相對機械手的基坐標為P₁(x₁,y₁,z₁)...P₁₀(x₁₀,y₁₀,z₁₀)，并在各點的局部法平面上取參考點P₁₂(x₁₂,y₁₂,z₁₂)；P₂₃(x₂₃,y₂₃,z₂₃)...P₉₁₀(x₉₁₀,y₉₁₀,z₉₁₀)；

在步驟(2)中，過P₁、P₂、P₁₂三點的平面方程為：

將其展開為：

[(y₁-y₁₂)(z₂-z₁₂)-(y₂-y₁₂)(z₁-z₁₂)](x-x₁₂)

+[(x₂-x₁₂)(z₁-z₁₂)-(x₁-x₁₂)(z₂-z₁₂)](y-y₁₂)

+[(x₁-x₁₂)(y₂-y₁₂)-(x₂-x₁₂)(y₁-y₁₂)](z-z₁₂)]＝0

局部焊接點平面的法向向量n為：

所以，機械手抓取的焊槍接近向量取：(a＝-n)

歸一化處理得：

a_x1＝-(y₁-y₁₂)(z₂-z₁₂)+(y₂-y₁₂)(z₁-z₁₂)

a_y1＝-(x₂-x₁₂)(z₁-z₁₂)+(x₁-x₁₂)(z₂-z₁₂)

a_z1＝-(x₁-x₁₂)(y₂-y₁₂)+(x₂-x₁₂)(y₁-y₁₂)

歸一化處理；

焊槍的移動方向o，就是相鄰兩個焊點的連線，即P₁和P₂連線的方向平行，方向始終是焊槍行走方向，也就是從前一個點指向后一個點，也就是手爪坐 標的y方向；

o＝(x₂-x₁,y₂-y₁,z₂-z₁)

o_x＝x₂-x₁

o_y＝y₂-y₁

o_z＝z₂-z₁

焊槍的擺動方向n垂直于焊槍移動方向o與焊槍接近向量a，方向是有定義方向的，因為是上下往復擺動；

n＝o×a＝(o_ya_z-o_za_y,o_za_x-o_xa_z,o_xa_y-o_ya_x)

n_x＝o_ya_z-o_za_y

n_y＝o_za_x-o_xa_z

n_z＝o_xa_y-o_ya_x

焊接某焊點作業姿態相對于機械手基坐標的矩陣T表達式：

因此，每個焊點的坐標和焊槍姿態可求；依此類推，可求10個焊槍作業點的位姿矩陣。