[發明專利]自主移動機器人焊縫視覺跟蹤系統及跟蹤方法

有效

• 申請號: 201910091284.2
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109693018B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 王中任;劉德政;劉海生;肖光潤;吳艷花
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127;B23K9/12;B23K9/028
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 祝蓉蓉;徐瑛

本發明公開一種自主移動機器人焊縫視覺跟蹤系統，包括自主移動機器人、視覺傳感器和視覺跟蹤處理裝置。本發明還公開一種跟蹤方法，在焊縫跟蹤過程，通過訓練大量的正負樣本構建分類器以及利用高斯核函數的映射來提高跟蹤精度和可靠性；通過構建樣本的循環矩陣以及傅里葉變換和反變換來減少計算量，提高跟蹤實時性。本發明的跟蹤系統及方法滿足自主移動機器人在焊接過程中，尤其受弧光和飛濺強烈干擾時，對實時性、可靠性和高精度的要求。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及自主移動機器人領域，具體為一種自主移動機器人焊縫視覺跟蹤系統及跟蹤方法。

背景技術

在大型化工設備、管道或船艙等復雜空間的焊接環境下，焊接工作存在人工焊接勞動強度大、焊接效率低、作業困難和作業危險等問題。自主移動機器人具有焊接效率高、焊接質量統一、體積小、移動方便等特點，能避免上述問題，保證焊接標準的統一，提高焊接精度、焊接質量和焊接效率，因而將在很多領域得到應用。

自主移動機器人在焊接時需要實時獲取焊縫的位置和尺寸信息，以精確控制焊槍運動，保證焊接質量。激光視覺傳感器能利用激光高亮度、抗干擾能力強等優點，方便地獲取焊縫特征信息，因而成為最廣泛應用的焊縫傳感器。但在焊接過程中，激光視覺傳感器采集的焊縫圖像信息中會存在因強烈的弧光和飛濺影響造成的大片噪聲，造成焊縫位置測量精度降低，影響焊接質量。

公開號CN108747132A的中國專利公開了一種自主移動機器人視覺控制系統，在焊接機器人的基礎上，將核心的圖像采集、處理與焊接自動控制功能，用基于ARM Cortex-A8的控制系統來實現。控制系統能獲取激光視覺傳感器的焊縫圖像信息，再根據圖像信息實時測量焊縫位置和尺寸信息，通過控制系統來控制移動機器人的爬行、橫擺、進行焊接自動控制和實時糾偏。嵌入式系統可以大幅減少系統的整體復雜程度和設備體積，提高自主移動機器人在工業現場焊接的適應性。該專利的控制系統采用基于模板匹配的焊縫定位算法，來減少焊縫定位算法受弧光的干擾，該算法的計算量較大，不利于焊縫跟蹤過程中對實時性的要求。

公開號CN106312397B的中國專利公開了一種激光視覺引導的焊接軌跡自動跟蹤系統及方法，無需事先示教的過程，通過實時檢測跟蹤提高了焊接生產效率及自適應能力；同時避免了超前檢測引起的跟蹤滯后問題，解決了傳感器與焊槍距離過近時強烈的弧光輻射、高溫、煙塵等因素導致特征圖像耦合大量噪聲，從而制約系統實時性及跟蹤精度的問題。但是該專利提供的跟蹤系統在焊縫跟蹤過程中的可靠性不穩定，無法滿足受弧光和飛濺強烈干擾時，自主移動機器人對焊接過程的實時性、可靠性和高精度的要求。

因此，為解決自主移動機器人在焊接時弧光和飛濺的干擾問題，本發明在線激光視覺傳感器基礎上，提出一種利用高斯核相關濾波(Kernelized correlation filter，KCF)算法的自主移動機器人焊縫自動跟蹤系統。在焊縫跟蹤過程，通過訓練大量的正負樣本構建分類器以及利用高斯核函數映射來提高跟蹤精度和可靠性；通過構建樣本的循環矩陣和傅里葉變換和反變換來減少計算量，提高跟蹤實時性。滿足自主移動機器人在焊接過程中，尤其受弧光和飛濺強烈干擾時，對實時性、可靠性和高精度的要求。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種自主移動機器人焊縫視覺跟蹤系統及跟蹤方法，解決自主移動機器人在焊接時的弧光和飛濺干擾問題，滿足自主移動機器人在焊接過程中對實時性、可靠性和高精度的要求。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：