[發(fā)明專利]一種基于機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)自主焊接控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610057065.9
• 申請(qǐng)日: 2016-01-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105537824B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張攀峰;謝小鵬;余一林;李盛前;殷莉甜;蔣梁中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K37/02
• 分類號(hào): B23K37/02;B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)自主焊接控制方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，以及機(jī)器人取代人工的領(lǐng)域迅速增加，采用機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)，降低處理難度，避免工作人員的意外發(fā)生，對(duì)提高科技整體技術(shù)水平和作業(yè)效率具有重要意義。

世界上已有的車(chē)載機(jī)械手型機(jī)器人包括履帶式“手推車(chē)”、“超級(jí)手推車(chē)”MPR-800型多功能智能機(jī)器人、“安德魯斯HD-I”機(jī)器人、“靈蜥A”和“靈蜥B”排爆機(jī)器人、“RAPTOP-EOD”中型排爆機(jī)器人等。而控制系統(tǒng)是機(jī)器人中至關(guān)重要的一部分，控制系統(tǒng)的核心是手眼協(xié)調(diào)、逆運(yùn)動(dòng)算法和連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，其好壞程度直接影響著機(jī)器人的功能、可靠程度及操作性能等。

針對(duì)機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的特殊情況，可靠性和效率是它的一個(gè)重要因素。如果機(jī)器人的輸入信息不準(zhǔn)確，將會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。在6自由度的機(jī)械手焊接作業(yè)時(shí)，必須采用各關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)的遠(yuǎn)程遙控方式，這種方法前提是控制系統(tǒng)準(zhǔn)確獲取任意焊縫曲線的坐標(biāo)。人工示教的方法要求機(jī)械手根據(jù)經(jīng)驗(yàn)記錄作業(yè)軌跡，這對(duì)機(jī)械手末端手爪的定位抓取造成了極大困難。該種方式對(duì)操作人員的訓(xùn)練程度要求高且造成的精神負(fù)擔(dān)較大，容易疲勞而且操作效率較低。

如果在機(jī)械手末端安裝雙目視覺(jué)，在作業(yè)前由雙目視覺(jué)系統(tǒng)沿著焊縫表面的最佳測(cè)量范圍內(nèi)依靠人工遙操作測(cè)試焊縫坐標(biāo)，由于測(cè)量距離是范圍，且焊接姿態(tài)是根據(jù)焊縫坐標(biāo)計(jì)算出來(lái)，因此可以高效的獲取焊縫信息與作業(yè)姿態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)自主焊接控制方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有焊接基本采用單純?nèi)斯みb操作、人工示教輔助、離線編程等方法，增加了機(jī)械手末端焊接定位困難，造成操作人員的精神負(fù)擔(dān)較大，容易疲勞而且操作效率較低等問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)自主焊接控制方法，包括如下步驟：

(1)人工遙操作機(jī)械手，使得雙目視覺(jué)在距離焊縫的最佳范圍內(nèi)沿著焊縫移動(dòng)測(cè)量焊縫的坐標(biāo)，并將測(cè)量的焊縫坐標(biāo)由雙目視覺(jué)的測(cè)量基坐標(biāo)換算到機(jī)械手的基坐標(biāo)；

(2)計(jì)算焊縫各點(diǎn)的作業(yè)位姿矩陣；

(3)調(diào)用運(yùn)動(dòng)學(xué)反變換法求得機(jī)械手的各關(guān)節(jié)逆解的角度序列；

(4)人工設(shè)定作業(yè)參數(shù)，完成一次性焊接。

上述步驟(1)所述雙目視覺(jué)在距離焊縫的最佳范圍，是指選取焊縫作業(yè)誤差允許范圍內(nèi)的插補(bǔ)點(diǎn)序列坐標(biāo)。

上述步驟(2)所述計(jì)算焊縫各點(diǎn)的作業(yè)位姿矩陣，是根據(jù)各插補(bǔ)點(diǎn)的位置，以及插補(bǔ)點(diǎn)所在平面的法線方向確定焊槍對(duì)插補(bǔ)點(diǎn)序列的焊槍位姿序列。

上述步驟(3)各關(guān)節(jié)逆解的角度序列，是通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方法方法中的反變換法，求得各關(guān)節(jié)在焊縫序列點(diǎn)的作業(yè)位置。

上述步驟(4)人工設(shè)定作業(yè)參數(shù)，是指人工設(shè)定作業(yè)時(shí)間，各插補(bǔ)點(diǎn)的各關(guān)節(jié)速度可求，實(shí)現(xiàn)焊槍一次性作業(yè)完成。

在上述步驟(1)中，以10個(gè)點(diǎn)為例，檢測(cè)到的焊縫序列點(diǎn)相對(duì)機(jī)械手的基坐標(biāo)為P₁(x₁,y₁,z₁)...P₁₀(x₁₀,y₁₀,z₁₀)，并在各點(diǎn)的局部法平面上取參考點(diǎn)P₁₂(x₁₂,y₁₂,z₁₂)；P₂₃(x₂₃,y₂₃,z₂₃)...P₉₁₀(x₉₁₀,y₉₁₀,z₉₁₀)；

在上述步驟(2)中，過(guò)P₁、P₂、P₁₂三點(diǎn)的平面方程為：

將其展開(kāi)為：

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