[发明专利]工业焊接机器人焊缝跟踪过程位姿自动调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业焊接机器人控制领域，具体是指一种基于线结构光视觉传感器引导的工业焊接机器人位姿调整策略和任务协调策略，控制机器人以期望的位姿进行焊接，提高焊接质量。

背景技术

机器人技术是集诸多学科于一体的高新技术。工业机器人广泛应用在工业生产的各个领域，其中焊接仍然是最主要的应用领域之一。焊接机器人的工作方式以示教或离线编程为主，方法不适于复杂工件，在加工对象状态发生变化时，加工质量一般不能满足要求。工业生产的柔性化，要求焊接机器人具有一定的通用性和灵活性，焊缝自动跟踪是提高焊接机器人智能程度的前提，也是当前所面临的主要问题之一。采用视觉传感器的机器人焊缝跟踪技术，不需要预先对工业机器人的运动轨迹进行示教或离线编程，可节约大量的编程时间，并提高生产效率和加工质量。

激光视觉传感技术是基于激光三角测量原理的光学测量技术。线激光照射到被焊接目标表面，在工件表面焊缝处形成激光断裂条纹，再经过视觉跟踪传感器实时采集焊缝图像、焊缝特征提取与识别，精确提取焊缝坐标。激光束、焊枪与焊缝准确协同是获得合格焊接质量的前提。

曲线焊缝跟踪需要完成三个任务，一是要保证焊枪以高精度跟踪焊缝，二是保证焊枪以期望的位姿进行焊接，三是保证跟踪过程中获得连续、稳定的视觉信息，即保证图像特征始终存在于视觉传感器视场内。任务一、二直接决定了焊接的质量，任务三决定了能否得到连续的视觉信息，决定了视觉跟踪的成效。这样就需要协调三个任务以保证曲线焊接视觉跟踪任务的完成。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于线结构光视觉传感器引导的工业焊接机器人位姿调整策略和任务协调策略，在已知焊缝三维信息的前提下，控制焊接机器人以期望的位姿进行焊接，提高焊接质量。

为达此目的，本发明基于线结构光视觉传感器引导的工业焊接机器人的焊缝跟踪位姿调整技术方案如下：首先基于B样条技术，将获得的焊缝三维信息进行曲线拟合，得到比较平滑的焊缝信息；在焊枪末端建立两个坐标系，分别为当前坐标系和理想坐标系，通过计算两坐标系之间的旋转矩阵，得到机器人的旋转矩阵；根据机器人当前姿态与旋转矩阵获得机器人的下一点姿态和位姿(包括姿态信息与位置信息)。本发明的任务协调技术方案如下：通过目标点在当前图像坐标系的坐标与标准图像坐标比较，设计一模糊控制器来调整机器人末端关节轴的旋转量，保证待采集焊缝点始终存在于视觉传感器视场内；设计一任务协调控制器，保证焊枪以高精度与期望位姿跟踪焊缝，同时保证跟踪过程获得连续、稳定的视觉信息；最后根据焊缝信息与机器人姿态获取焊接机器人的最终位姿。整个流程包括曲线焊缝拟合模块、旋转矩阵计算模块、机器人中间位姿计算模块、末关节轴旋转调整模块、焊接机器人最终位姿计算模块。

第一步，将获得的焊缝三维信息进行B样条曲线拟合，得到平滑的焊缝曲线，提高焊接质量。B样条曲线方程为：

P(u)=Σl=0ndiNi,k(u),umin≤u≤umax,2≤k≤n+1]]>

其中，d_i(i=0，1，…n)是n+1个控制顶点，N_i，k(u)(i＝0，1，…，n)为k次规范B样条基函数，也称之为混合函数。