[發(fā)明專利]基于語義特征聚類的機器人焊接方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110407179.2
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113177914B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 呂成興;陳健;周玉國;徐新立;楊智博;楊玉霞;吳永玲;高乾;呂霞;趙化民;余繼恒;董穎慧
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06V10/762;G06V10/80
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 王笑

本發(fā)明公開了一種基于語義特征聚類的機器人焊接方法和系統(tǒng)，獲取工件圖像；對工件圖像進行語義標注生成語義訓練樣本集；建立語義聚類模型，使用圖像訓練樣本集和語義訓練樣本集進行訓練；利用訓練出的語義聚類模型對待焊接工件圖像進行識別得到待焊接工件數(shù)據(jù)；基于待焊接工件數(shù)據(jù)采用參數(shù)化在線編程生成待焊接工件的焊接程序；基于焊接程序對待焊接工件執(zhí)行焊接；本發(fā)明提取工件圖像的淺層特征和深層語義特征并融合，通過圖像識別實現(xiàn)圖像聚類判斷得到待焊接工件種類，結合參數(shù)化在線編程方法形成焊接程序，無需示教編程和離線編程，避免了示教編程中人工示教精度差和效率低的問題，也避免了離線編程通用性、靈活性和偏差大的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及焊接機器人技術領域，尤其涉及一種基于語義特征聚類的機器人焊接方法及系統(tǒng)。

背景技術

焊接機器人在工程機械、汽車及零部件、軌道交通等領域應用廣泛，可以連續(xù)重復工作幾萬甚至幾十萬次，正逐漸替代人工焊接，顯著提高焊接生產(chǎn)的智能化和自動化程度。

現(xiàn)代工業(yè)中小批量、大尺寸、復雜結構的構件應用越來越廣泛，對高效率、高精度、智能化的機器人焊接制造技術的需求也日益迫切。

焊接機器人目前的編程方式主要有示教編程和離線編程兩種；其中，示教編程應用廠家提供的示教器，手動驅動焊接機器人達到需要達到的位置，逐一將路徑上的點記錄下來，最后焊接機器人按照示教好的點去重復這個路徑，反復調用，顯然，在工件批量大、且一致性高的場合，這是一種非常適合的方式，但人工示教存在精度差、效率低的問題，不能適應企業(yè)進行多品種、大批量、快速生產(chǎn)的需求。

離線編程利用離線軟件在電腦上參考工件信息進行編程，編寫完成后，利用存儲設備拷貝或通過網(wǎng)絡傳輸?shù)胶附訖C器人控制器中，將工件坐標匹配后，可以反復調用，但程序的編寫通常情況下一個程序只能描述一個動作，如果工件的位置產(chǎn)生了變化，為了保證程序能夠穩(wěn)定運行，就需要重新進行程序的編寫，這不但增加了工程師的工作量，還存在通用性和靈活性差的問題，并且當數(shù)模與實物存在偏差時，程序無法執(zhí)行。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有焊接機器人應用于小批量、大尺寸、復雜結構的構件中存在的上述諸多問題，本發(fā)明提出一種基于語義特征聚類的機器人焊接方法及系統(tǒng)，采用語義特征聚類方法提取工件圖像的深度特征來識別工件，進而針對不同工件，采用參數(shù)化在線編程技術，對工件中相似的特征采用變量形成完成程序編寫，自動輸出工件焊接程序，避免了示教編程中人工示教精度差和效率低的問題，也避免了離線編程通用性、靈活性和偏差大的問題。

本發(fā)明采用如下技術方案：

提出一種基于語義特征聚類的機器人焊接方法，包括：獲取工件圖像，生成圖像訓練樣本集；對工件圖像進行語義標注生成語義訓練樣本集；建立語義聚類模型，使用圖像訓練樣本集和語義訓練樣本集進行訓練；利用訓練出的語義聚類模型對待焊接工件圖像進行識別得到待焊接工件數(shù)據(jù)；基于待焊接工件數(shù)據(jù)采用參數(shù)化編程生成待焊接工件的焊接程序；基于焊接程序對待焊接工件執(zhí)行焊接。

進一步的，建立語義聚類模型，包括：采用Resnet50模型以所述圖像訓練樣本集為輸入提取工件圖像的淺層特征；采用Resnet50模型以所述圖像訓練樣本集和所述語義訓練樣本集為輸入提取工件的語義特征；將淺層特征和語義特征進行融合。

進一步的，將淺層特征和語義特征進行融合，包括：基于為所述語義特征分配權重；基于β＝1-α為所述淺層特征分配權重；基于T＝αV+βU加權疊加融合得到融合后的特征；其中，m為樣本個數(shù)，A為淺層特征的聚類結果，B為語義特征的聚類結果，V為語義特征表達，U為淺層特征表達。

進一步的，基于待焊接工件數(shù)據(jù)采用參數(shù)化編程生成待焊接工件的焊接程序，包括：分析待焊接工件的工藝特征和結構特征，生成焊接程序模塊；

提取待焊接工件的相同特征，將相同特征的焊接數(shù)據(jù)用變量代替，生成相同特征程序；采用待焊接工件數(shù)據(jù)對相同特征的焊接數(shù)據(jù)對應的變量賦值，生成焊接程序。