[發明專利]一種基于激光焊縫跟蹤傳感器的機器人焊接運動控制方法

有效

• 申請號: 201611037231.5
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106346129B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 唐琛;張斌
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: B23K26/044
• 分類號: B23K26/044
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司33272
• 代理人: 王佳健

技術領域

本發明基于激光掃描式焊縫跟蹤傳感器，根據機器人運動學原理，智能控制焊接機器人跟蹤焊縫軌跡進行焊接。

背景技術

焊接在工業生產中占有非常重要地位。隨著國家經濟水平的不斷提高，人們對生產中焊接質量提出了更高的要求。在現有自動焊接工藝過程中，往往是機器人通過示教方式按照固定焊縫軌跡進行焊接。該模式已無法滿足工業焊接所需精度要求，并且不具備焊接未知軌跡的能力。通過焊縫檢測傳感器實時檢測焊縫位置并跟蹤、引導機器人持焊槍按照檢測到的焊縫實際軌跡進行焊接，使焊槍頂點始終位于焊縫的中心位置。智能化焊接可確保焊接軌跡的準確性、焊接質量的一致性和穩定性，是實現機器人焊接大規模應用的關鍵技術。激光掃描式焊縫跟蹤傳感器的使用，是當前智能化焊接技術的發展趨勢，具有高精度、高速度、強適應性等優點。

發明內容

針對現有基于示教編程模式的自動焊接工藝的不足，本發明以激光掃描式焊縫跟蹤傳感器獲取的焊縫軌跡數據為依據，結合機器人運動學算法及基因遺傳算法，提出一種基于激光掃描式焊縫跟蹤傳感器的機器人焊接運動控制方法，實現工業機器人智能化焊接。

本發明的技術方案的步驟如下：

(1)設定初始焊接機器人的世界坐標系、機器人末端工具坐標系、焊槍起始點、激光三角平面參數、焊接速度和運動時間。

(2)根據激光掃描式焊縫跟蹤傳感器的測量數據，從數據點集中搜索下一控制周期時的焊槍頂端位置點。

(3)運用遺傳算法搜索焊槍的最優姿態。約束條件一：下一周期時的焊縫與激光三角平面的交點靠近激光三角平面的中心位置；約束條件二：焊槍的方向矢量與焊縫切線方向矢量所成角度在一定的范圍內。

本發明的有益效果：本發明提出的焊接機器人運動控制方法具有焊接精度高、執行效率快、通用性好等特點，可以廣泛用于各種空間未知直線或者曲線焊縫的焊接。

附圖說明

圖1激光焊縫傳感器末端坐標系下的激光三角平面；

圖2焊接運動與控制周期關系圖；

圖3激光焊縫傳感器與焊縫關系圖；

圖4遺傳算法約束條件一；

圖5遺傳算法約束條件二。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的描述。

(1)機器人運動算法初始參數設置

根據機器人運動學理論，設定機器人傳感器世界坐標系{W}，機器人末端工具坐標系{T}。

機器人世界坐標系{W}：該坐標系O_w-X_wY_wZ_w用于對機器人、焊槍、焊縫等各個對象的位姿和坐標進行統一描述。

機器人末端坐標系{T}：焊槍頂點坐標為P_TT，焊槍方向矢量為 V_TT。如圖1所示，激光三角平面頂點為P_LT，三角平面兩條邊界的方向矢量分別為V_1T，V_2T。并設置焊接速度為v，控制系統運動周期為 t，傳感器與焊槍導前距離

(2)搜索下一周期焊槍頂點位置(X，Y，Z)

如圖2所示，由于激光焊縫傳感器和焊槍之間存在一定的導前距離，所以當焊接時間t＝0，即焊接的初始周期，傳感器激光平面位于焊縫的起始點位置，而焊槍落后于傳感器，當焊槍處于導前距離范圍內并不需要焊接。此時將焊槍頂點(X₀，Y₀，Z₀)和焊縫起始點(X₁， Y₁，Z₁)擬合練成一條直線，讓焊槍沿著該直線前進。焊槍總位移s＝v×t。根據直線方程比例式：

焊槍位于直線過程中，下一焊接點坐標為(X₀+d_xt,Y₀+d_yt,Z₀+d_zt)。當時，焊槍結束導前距離，進入曲線焊縫的焊接過程。此時在傳感器測量得到的離散焊縫數據集中，依次計算相鄰2個焊縫與激光平面交點之間的距離并進行累加。累加之和記為S_all。當時，取此時的焊縫與激光平面交點即為焊槍下一步行進點P_n(X，Y，Z)。

(3)遺傳算法求解下一周期焊槍的空間姿態(Φ，θ，)

約束條件一：下一周期焊縫與激光平面的交點靠近激光三角平面中心位置。