CN105729008A - 一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，包括以下步骤：(1)在大型曲面上设置与待焊装配缝轨迹近似平行的路径，移动平台上安装有与所述路径相对应的第一传感器，当所述移动平台在所述路径上行走时，所述第一传感器将所述移动平台相对所述路径的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，其控制所述移动平台的位置调整；(2)在多轴机械手上安装有第二传感器，当所述移动平台沿着所述路径移动的同时，所述第二传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，其控制所述焊枪的位姿。本发明的有益效果在于，通过“宏?微”相结合的方式，实现了所述焊接机器人的自主导航和精密定位。

Description

一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法
技术领域
本发明涉及焊接机器人领域，尤其涉及一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法。
背景技术
大型构件，如船舶、核电、轨道交通、航天航空等大型装备的焊接过程中，由于其焊缝轨迹较长、坡口一致性差，且均为小批量、多样化的立体曲线，使得传统的摆臂式焊接机器人难以适应，故目前一般使用人工或者大型龙门架式等有轨移动式的焊接机器人来延伸其行程，完成大型立体曲线的智能化焊接。然而，人工焊接效率低下且焊缝成形一致性差，而大型龙门架式的有轨移动式焊接机器人，不仅成本昂贵、占地面积较大，而且前期龙门架的安装周期较长，在欧美一些发达国家的军舰等的制造上有一定的应用。
此外，现有的无轨移动式焊接机器人多采用轮式、轮履复合式等方式对焊接的行程进行延伸，但由于无轨移动式焊接机器人自主导航及精密定位中的传感及控制受较多的干扰，所以在现有的研究中都大量简化了传感及控制模型，但稳定性依然较差，鉴于此，急需研发一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，以满足大曲率区域的精密定位。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，提供一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，包括以下步骤：(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的路径，移动平台上安装有与所述路径相对应的第一传感器，当所述移动平台在所述路径上行走时，所述第一传感器将所述移动平台相对所述路径的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；(2)在多轴机械手上安装有第二传感器，当所述移动平台沿着所述路径移动的同时，所述第二传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
进一步，所述路径为导轨或滑槽或轨迹线。
进一步，所述导轨为磁性导轨，其与对应的所述第一传感器为磁性传感器。
进一步，所述导轨为刚性导轨，其与对应的所述第一传感器为接触式传感器。
进一步，所述滑槽为磁性滑槽，与其对应的所述第一传感器为磁性传感器。
进一步，所述滑槽为刚性滑槽，与其对应的所述第一传感器为接触式传感器。
进一步，所述轨迹线为实际轨迹线或虚拟轨迹线，与其对应的所述第一传感器为视觉传感器。
进一步，所述第二传感器为基于线结构光辅助式的视觉传感器。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：
1.所述第一传感器和所述路径的宏观配合，所述第二传感器和所述待焊装配缝的微观配合，通过这种“宏-微”相结合的方式，实现了所述焊接机器人的自主导航和精密定位；
2.本发明的焊接方法不仅实施过程简单，而且对于复杂空间曲线焊缝也能够实现精密的定位，在很大程度上改善了大曲率区域的焊接质量，尤其对于大型构件复杂轨迹的自动化焊接具有重要的实用价值。
附图说明
图1为本发明基于结构光辅助式的视觉传感器对待焊装配缝的成像结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明的焊接机器人，包括：移动平台、安装与所述移动平台上的第一传感器、与所述第一传感器相连的移动平台控制系统、多轴机械手、安装于所述多轴机械手上的第二传感器、与所述第二传感器相连的多轴机械手运动控制系统以及位于所述多轴机械手端部的焊枪。
本发明利用所述的焊接机器人对焊缝进行精密定位，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的路径，移动平台上安装有与所述路径相对应的第一传感器，当所述移动平台在所述路径上行走时，所述第一传感器将所述移动平台相对所述路径的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有第二传感器，当所述移动平台沿着所述路径移动的同时，所述第二传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
所述移动平台在所述路径的移动过程中，由于设置的所述路径相对所述待焊装配缝的轨迹误差、所述移动平台控制系统的控制误差、所述焊枪的超前误差、焊接变形、所述大型曲面的曲率造成所述移动平台的姿态改变等因素造成所述多轴机械手随着所述移动平台位置的变化偏离所述待焊装配缝的轨迹，使得所述焊枪难以以准确的姿态沿着所述待焊装配缝的轨迹施焊，基于此，本发明在所述多轴机械手上安装了所述第二传感器，通过所述第二传感器将所述焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量反馈给所述运动控制系统，通过所述运动控制系统的精确控制从而实现所述焊枪对所述待焊装配缝的精密焊接。
上述步骤通过所述第一传感器和所述路径之间的宏观配合，所述第二传感器和所述待焊装配缝的微观配合，实现了所述焊接机器人宏—微结合的自主导航和精密定位，这种焊接方法不仅实施过程简单，而且对于复杂空间曲线焊缝也能够实现精密的定位，在很大程度上改善了大曲率区域的焊接质量，尤其对于大型构件复杂轨迹的自动化焊接具有重要的实用价值。
实施例二
如上所述的一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，本实施例与其不同之处在于，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的磁性导轨，移动平台上安装有与所述磁性导轨相对应的磁性传感器，当所述移动平台在所述磁性导轨上行走时，所述磁性传感器将所述移动平台相对所述磁性导轨的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有基于线结构光辅助式的视觉传感器，当所述移动平台沿着所述磁性导轨移动的同时，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
如图1所示，其为本发明结构光视觉传感器对待焊装配缝的成像结构示意图，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器包括CCD1相机、CCD2相机、激光器，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器对所述待焊装配缝进行识别的具体过程为：所述激光器对待焊区及前区相连部分成像，形成矩形结构光投影线2，CCD1相机对熔池1成像，CCD2相机对所述矩形结构光投影线2成像，所述CCD1相机和CCD2相机将成像进行处理、分析及理解，得到特征在图像中的定位坐标，然后依据CCD1与CCD2的相对空间位置关系进行特征融合，再依据采集时的成像参数，将融合后的特征转换为所述焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量，并将所述位姿偏离量反馈给所述移动平台控制系统，，从而调整所述多轴机械手的位姿，达到所述焊枪的姿态的精密定位。
实施例三
如上所述的一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，本实施例与其不同之处在于，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的刚性导轨，移动平台上安装有与所述刚性导轨相对应的接触式传感器，当所述移动平台在所述刚性导轨上行走时，所述接触式传感器将所述移动平台相对所述刚性导轨的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有基于线结构光辅助式的视觉传感器，当所述移动平台沿着所述刚性导轨移动的同时，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
实施例四
如上所述的一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，本实施例与其不同之处在于，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的磁性滑槽，移动平台上安装有与所述磁性滑槽相对应的磁性传感器，当所述移动平台在所述磁性滑槽上行走时，所述磁性传感器将所述移动平台相对所述磁性滑槽的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有基于线结构光辅助式的视觉传感器，当所述移动平台沿着所述磁性滑槽移动的同时，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
实施例五
如上所述的一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，本实施例与其不同之处在于，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的刚性滑槽，移动平台上安装有与所述刚性滑槽相对应的接触式传感器，当所述移动平台在所述刚性滑槽上行走时，所述接触式传感器将所述移动平台相对所述刚性滑槽的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有基于线结构光辅助式的视觉传感器，当所述移动平台沿着所述刚性滑槽移动的同时，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
实施例六
如上所述的一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，本实施例与其不同之处在于，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的实际轨迹线，移动平台上安装有与所述实际轨迹线相对应的视觉传感器，当所述移动平台在所述实际轨迹线上行走时，所述视觉传感器将所述移动平台相对所述实际轨迹线的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有基于线结构光辅助式的视觉传感器，当所述移动平台沿着所述实际轨迹线移动的同时，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
本实施例的方法中，所述实际轨迹线可以通过画线的方式在所述大型曲线上画出与所述待焊装配缝近似的轨迹，其中，所述移动平台采用轮式或履带式或轮履结合式的方式移动，具体为在所述移动平台的底部加磁力或者采用负压的方式吸在所述实际轨迹线上，所述移动平台控制系统根据所述视觉传感器反馈的信息控制所述移动平台的移动。
实施例七
如上所述的一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，本实施例与其不同之处在于，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的虚拟轨迹线，移动平台上安装有与所述虚拟轨迹线相对应的视觉传感器，当所述移动平台在所述虚拟轨迹线上行走时，所述视觉传感器将所述移动平台相对所述虚拟轨迹线的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有基于线结构光辅助式的视觉传感器，当所述移动平台沿着所述虚拟轨迹线移动的同时，所述基于线结构光辅助式的视觉传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
本实施例的方法中，针对某些特定的焊缝，如直线焊缝或规整的圆弧焊缝，可通过结构光在所述大型曲线上打出与所述待焊装配缝近似平行的激光线，再通过所述视觉传感器识别所述激光线，同时通过所述移动平台控制系统根据所述视觉传感器反馈的信息控制所述移动平台的移动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在待焊装配缝所在的大型曲面上设置与所述待焊装配缝的轨迹近似平行的路径，移动平台上安装有与所述路径相对应的第一传感器，当所述移动平台在所述路径上行走时，所述第一传感器将所述移动平台相对所述路径的位置偏离量实时传递给移动平台控制系统，所述移动平台控制系统依据所述位置偏离量调整所述移动平台的位置；
(2)在多轴机械手上安装有第二传感器，当所述移动平台沿着所述路径移动的同时，所述第二传感器将焊枪相对所述待焊装配缝的位姿偏离量实时传递给多轴机械手运动控制系统，所述多轴机械手运动控制系统依据所述位姿偏离量调整所述焊枪的位姿。
2.根据权利要求1所述的无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，所述路径为导轨或滑槽或轨迹线。
3.根据权利要求2所述的无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，所述导轨为磁性导轨，其与对应的所述第一传感器为磁性传感器。
4.根据权利要求2所述的无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，所述导轨为刚性导轨，其与对应的所述第一传感器为接触式传感器。
5.根据权利要求2所述的无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，所述滑槽为磁性滑槽，与其对应的所述第一传感器为磁性传感器。
6.根据权利要求2所述的无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，所述滑槽为刚性滑槽，与其对应的所述第一传感器为接触式传感器。
7.根据权利要求2所述的无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，所述轨迹线为实际轨迹线或虚拟轨迹线，与其对应的所述第一传感器为视觉传感器。
8.根据权利要求1-7任一所述的无轨移动式焊接机器人的精密定位方法，其特征在于，所述第二传感器为基于线结构光辅助式的视觉传感器。
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