CN109514040A - 焊枪跟踪方法和爬行焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种焊枪跟踪方法和爬行焊接机器人。其中，在焊枪对焊缝的跟踪过程中，通过将姿态传感器采集到的车体姿态角和线性位移传感器采集到的焊缝中点位置滞后到焊枪到达姿态传感器、线性位移传感器进行数据采集时的采集位置时再对焊枪位置进行调节，能够有效提升焊枪跟踪精度，减少焊枪跟踪累积误差。

Description

焊枪跟踪方法和爬行焊接机器人

技术领域

本发明涉及机器人设计技术领域，具体而言，涉及一种焊枪跟踪方法和爬行焊接机器人。

背景技术

近年来，激光跟踪广泛用于机器人焊接跟踪，如可通过实时采集焊缝信息实现焊枪对焊缝的跟踪。但是在现有的焊枪跟踪过程中，激光传感器只能检测到焊接靠前的位置，加之焊接时强弧光的干扰无法直接检测焊接位置的焊缝信息，导致激光传感器与焊枪位置有一定的间距，换言之，现有技术中将激光传感器检测出来的当前焊缝信息当作焊枪位置处的焊缝信息进行焊接，容易造成焊枪的错误跟踪，且存在跟踪误差积累的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种焊枪跟踪方法和爬行焊接机器人，以改善上述问题。

一方面，本发明较佳实施例一种焊枪跟踪方法，应用于爬行焊接机器人上的跟踪控制器，所述爬行焊接机器人还包括车体、第一驱动装置、焊枪、姿态传感器、线性位移传感器，所述跟踪控制器与所述第一驱动装置、所述姿态传感器、所述线性位移传感器分别连接，所述焊枪与所述第一驱动装置连接；所述焊枪跟踪方法包括：

接收所述姿态传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的所述车体的当前车体姿态角，并将各所述当前车体姿态角依次保存至第一数据集中；

接收所述线性位移传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的焊缝的当前焊缝中点位置，并将各所述当前焊缝中点位置依次保存至第二数据集中；

在所述姿态传感器和所述线性位移传感器的数据采集时长达到预设时长时，分别调用第三数据集中保存的历史车体姿态角以及第四数据集中保存的历史焊缝中点位置；

分别计算各所述历史车体姿态角与对应的各所述当前车体姿态角的姿态角偏差量，以及分别计算各所述历史焊缝中点位置与对应的所述当前焊缝中点位置之间的位置偏差量；

根据所述姿态角偏差量和所述位置偏差量计算焊枪的实际偏移量，并根据所述实际偏移量控制所述第一驱动装置驱动所述焊枪进行位置调整以实现所述焊枪对所述焊缝的跟踪。

可选地，所述爬行焊接机器人还包括用于进行焊缝坡口图像采集的图像采集传感器，所述预设时长T为T＝D/V，其中，D表示所述图像采集传感器到焊枪的距离，V表示爬行焊接机器人的爬行速度。

可选地，所述实际偏移量ΔV的计算步骤包括:

ΔV＝ΔD*tan(ΔA)，其中，ΔD代表位置偏差量，ΔA代表姿态角偏差量。

可选地，根据所述实际偏移量对所述焊枪的位置进行调整的步骤，包括：

基于所述实际偏差量计算所述焊枪的实际偏差脉冲数，根据所述实际偏差脉冲数控制所述第一驱动装置驱动所述焊枪进行位置调整。

可选地，所述焊枪跟踪方法还包括：

在完成对所述焊枪的位置调整时，清空所述第三数据集中的历史车体姿态角以及所述第四数据集中的历史焊缝中点位置；

将所述第一数据集中的当前车体姿态角转存至所述第三数据集中以作为下一次进行焊枪位置调整时的历史车体姿态角，以及将所述第二数据集中的当前焊缝中点位置转存至所述第四数据集中以作为下一次进行焊枪位置调整时的历史焊缝中点位置。

可选地，所述车体姿态角包括滚转角和俯仰角。

可选地，所述爬行焊接机器人还包括跟踪滑块和用于驱动所述跟踪滑块的第二驱动装置，所述图像采集传感器和所述线性位移传感器安装于所述跟踪滑块，所述焊枪跟踪方法还包括：

接收焊枪跟踪过程中所述图像采集传感器采集的焊缝坡口实时图像，并基于该焊缝坡口实时图像计算得到所述焊缝的当前中点坐标值，提取所述当前中点坐标值中的当前横坐标值；

将所述当前中点坐标值中的横向坐标值与目标调节值进行比对，若所述横向坐标值和所述目标调节值存在偏差，则计算所述当前横向坐标值和所述目标调节值之间的偏差量；

根据所述偏差量控制所述第二驱动装置驱动所述跟踪滑块进行位置调整，以使得在焊枪跟踪过程中实现所述图像采集传感器对所述焊缝中点的跟踪。

可选地，所述方法还包括：

接收所述图像采集传感器采集并发送的焊缝坡口图像；

根据所述焊缝坡口图像判断当前数据可信度是否大于预设值，若大于所述预设值，则判定可进入焊枪跟踪过程，并执行接收所述姿态传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的所述车体的当前车体姿态角，并将各所述当前车体姿态角依次保存至第一数据集中的步骤。

另一方面，本发明较佳实施例还提供一种爬行焊接机器人，所述爬行焊接机器人包括跟踪控制器、车体、第一驱动装置、第二驱动装置、焊枪、姿态传感器、线性位移传感器、图像采集传感器和跟踪滑块；

所述跟踪控制器与所述第一驱动装置、第二驱动装置、线性位移传感器、图像采集传感器分别连接，所述焊枪与所述第一驱动装置连接，所述跟踪滑块与所述第二驱动装置连接，所述线性位移传感器和所述图像采集传感器安装于所述跟踪滑块，所述焊枪和所述姿态传感器安装于所述车体；

其中，所述跟踪控制器用于接收所述姿态传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的所述车体的当前车体姿态角并将各当前车体姿态角依次保存至第一数据集中；以及接收所述线性位移传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的焊缝的当前焊缝中点位置并将各当前焊缝中点位置依次保存至第二数据集中；在所述姿态传感器和所述线性位移传感器的数据采集时长达到预设时长时，所述跟踪控制器分别调用第三数据集中保存的历史车体姿态角以及第四数据集中保存的历史焊缝中点位置，并分别计算各所述历史车体姿态角与对应的各所述当前车体姿态角的姿态角偏差量，以及分别计算各所述历史焊缝中点位置与对应的所述当前焊缝中点位置之间的位置偏差量；所述跟踪控制传感器还用于根据所述姿态角偏差量和所述位置偏差量计算焊枪的实际偏移量，并根据所述实际偏移量控制所述第一驱动装置驱动所述焊枪进行位置调整以实现所述焊枪对所述焊缝的跟踪。

可选地，所述图像采集传感器包括CCD激光传感器、CMOS传感器、结构光传感器中的一种。

与现有技术相比，本发明实施例提供一种焊枪跟踪方法和爬行焊接机器人。其中，在焊枪对焊缝的跟踪过程中，通过将姿态传感器采集到的车体姿态角和线性位移传感器采集到的焊缝中点位置滞后到焊枪到达姿态传感器、线性位移传感器进行数据采集时的采集位置再对焊枪位置进行调节，能够有效提升焊枪对焊缝的跟踪精度，减少焊枪跟踪累积误差。

另外，本发明还通过在焊枪跟踪过程中对跟踪滑块的调节，使得跟踪滑块以及设置于所述跟踪滑块上的图像采集传感器和线性位移传感器实现对焊缝的精确跟踪，有效确保各传感器采集到的数据的可靠性，以进一步提高焊枪跟踪精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的爬行焊接机器人的方框结构示意图。

图2为本发明实施例提供的焊枪跟踪方法的流程示意图。

图3为本发明实施例提供的焊枪跟踪方法的另一流程示意图。

图4为PID调节模型的调节原理示意图。

图5为本发明实施例提供的焊枪跟踪方法的又一流程示意图。

图标：10-爬行焊接机器人；11-跟踪控制器；12-第一驱动装置；13-第二驱动装置；14-跟踪滑块；15-焊枪；16-姿态传感器；17-线性位移传感器；18-图像采集传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

如图1所示，为本发明实施例提供的爬行焊接机器人10的方框结构示意图，该爬行焊接机器人10包括跟踪控制器11、车体、第一驱动装置12、第二驱动装置13、跟踪滑块14、焊枪15、姿态传感器16、线性位移传感器17和图像采集传感器18；所述跟踪控制器11与所述第一驱动装置12、第二驱动装置13、线性位移传感器17、图像采集传感器18分别连接，所述焊枪15与所述第一驱动装置12连接，所述跟踪滑块14与所述第二驱动装置13连接，所述线性位移传感器17和所述图像采集传感器18安装于所述跟踪滑块14，所述焊枪15和所述姿态传感器16安装于所述车体。

其中，所述焊枪15用于对钢板等物料上的焊缝进行焊接，所述车体用于其他各部件的安装，以及通过爬行带动所述焊枪15对焊缝上的不同位置或钢板等物料上的不同焊缝进行焊接。

所述姿态传感器16用于采集所述车体爬行过程中的车体姿态角并发送给所述跟踪控制器11。可选地，所述姿态传感器16的实际类型可根据需求进行灵活选取，本实施例在此不做限制。

所述线性位移传感器17用于采集车体爬行过程中所述焊缝的焊缝中点位置信息并发送给所述跟踪控制器11。

所述图像采集传感器18用于采集车体爬行过程中所述焊缝的焊缝坡口图像并发送给所述跟踪控制器11。可选地，所述图像采集传感器18可以是但不限于CCD(ChargeCoupled Device，电荷耦合器件)传感器、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器、结构光传感器中的一种或多种。

所述第一驱动装置12用于在所述跟踪控制器11的控制下驱动所述焊枪15进行位置调整以实现焊枪15对所述焊缝的跟踪，进而实现精确焊接。所述第二驱动装置13用于在所述跟踪控制器11的控制下驱动所述跟踪滑块14进行位置调整，以使得该跟踪滑块14以及位于该跟踪滑块14上的线性位移传感器17和图像采集传感器18实现对所述焊缝的跟踪。可选地，所述第一驱动装置12和所述第二驱动装置13可以是伺服驱动器，如交流伺服驱动器等，此外，所述第一驱动装置12和所述第二驱动装置13可以为模拟电压驱动装置等。

所述跟踪控制器11用于实现对各传感器采集并发送的数据进行数据处理，并根据处理结果控制所述第一驱动装置12或所述第二驱动装置13驱动对应的部件执行对应的动作。应注意的是，在本实施例中，所述跟踪控制器11中可安装有图像处理软件以及预设有用于图像处理的相对坐标系，以使得所述跟踪控制器11可基于图像处理软件和相对坐标系对图像采集传感器18采集的焊缝坡口图像进行处理。可选地，所述跟踪控制器11可以为是但不限于具有数据处理能力的计算机设备、单片机、微处理器等。

进一步地，基于上述介绍的爬行焊接机器人10，如图2所示，本实施例还给出一种应用于所述爬行焊接机器人10中的跟踪控制器11的焊枪跟踪控制方法，下面结合图2对所述爬行焊接机器人10在焊接过程中进行焊枪跟踪的过程进行介绍。

步骤S11，接收所述姿态传感器16在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的所述车体的当前车体姿态角，并将各所述当前车体姿态角依次保存至第一数据集中；以及接收所述线性位移传感器17在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的焊缝的当前焊缝中点位置，并将各所述当前焊缝中点位置依次保存至第二数据集中；

步骤S12，在所述姿态传感器16和所述线性位移传感器17的数据采集时长达到预设时长时，分别调用第三数据集中保存的历史车体姿态角以及第四数据集中保存的历史焊缝中点位置；

步骤S13，分别计算各所述历史车体姿态角与对应的各所述当前车体姿态角的姿态角偏差量，以及分别计算各所述历史焊缝中点位置与对应的所述当前焊缝中点位置之间的位置偏差量；

步骤S14，根据所述姿态角偏差量和所述位置偏差量计算焊枪15的实际偏移量，并根据所述实际偏移量控制所述第一驱动装置12驱动所述焊枪15进行位置调整以实现所述焊枪15对所述焊缝的跟踪。

上述步骤S11-步骤S14中给出的焊枪跟踪方法，相对于现有技术，将姿态传感器16采集到的车体姿态角以及线性位移传感器17采集到的焊缝中点位置滞后到焊枪15到达姿态传感器16、线性位移传感器17进行数据采集时的采集位置再对焊枪15位置进行调节，能够有效提升焊枪15对焊缝跟踪精度，减少焊枪15的跟踪累积误差。

详细地，在执行步骤S11-步骤S14之前，所述跟踪控制器11中可预先配置有用于存储姿态传感器16采集的所述车体的当前车体姿态角的第一数据集、用于存储所述线性位移传感器17采集的当前焊缝中点位置的第二数据集、用于对所述第一数据集中的当前车体姿态角进行转存的第三数据集以并作为历史车体姿态角、用于对所述第二数据集中的当前焊缝中点位置进行转存的第四数据集以作为历史焊缝中点位置。其中，所述第一数据集、所述第二数据集、所述第三数据集、所述第四数据集均为一维动态数组，实际实施时，可根据所述爬行焊接机器人10的爬行速度对所述第一数据集、所述第二数据集、所述第三数据集以及所述第四数据集的大小进行调整。

进一步地，在所述步骤S11中，所述预设时间间隔可以根据实际需求进行灵活选取，例如，所述预设时间间隔可以为1ms、10ms等。另外，所述车体姿态角可以是滚转角或俯仰角，且所述滚转角和所述俯仰角的最大值可以为但不限于45度，最小值可以为但不限于-45度。

此外，由于所述线性位移传感器17安装于所述跟踪滑块14上，因此，在所述跟踪滑块14运动时可带动线性位移传感器17运动，使得线性位移传感器17采集的焊缝的中点位置的信号值也会随采集的焊缝中点位置左右偏移。应注意的是，在本实施例中，所述线性位移传感器17的输出值可以为电压值，那么在此假设所述线性位移传感器17为可以输出0-5V电压信号的传感器，且其检测到的焊缝中点处的电压为2.5V，所述跟踪控制器11中预设有12位模拟量采集模块以对接收到的所述线性位移传感器17发送的电压信号进行模数转化，如0-5V电压对应的数字量数值可以为0-2048。

作为一种实施方式，假设第一数据集为A，第二数据集为B，可每隔10ms向第一数据集A中存储一次姿态传感器16采集的当前车体姿态角、向第二数据集B中存储一次线性位移传感器17采集的当前焊缝中点位置的数字量，那么在一预设时长内第一数据集A中可存储有多个当前车体姿态角，第二数据集B中可存储有对应数量个当前焊缝中点位置的数字量。

进一步地，在步骤S12中，所述预设时长可以根据实际需求进行设定，本实施例中，所述预设时长优选为T＝D/V，其中，D表示所述图像采集传感器18到焊枪15的距离，V表示爬行焊接机器人10的爬行速度。需要说明的是，通过所述预设时长的设置，可以将姿态传感器16采集到的车体姿态角和线性位移传感器17采集到的焊缝中点位置信息滞后到焊枪15到达姿态传感器16、线性位移传感器17进行数据采集时的采集位置时再对焊枪15位置进行调节，有效克服了现有技术中由于间接(被动)测量方式下传感器与执行机构(第一驱动装置12)有一定距离差带来的错误跟踪和累积误差。应注意的是，所述第三数据集中的历史车体姿态角与第一数据集中的当前车体姿态角一一对应，第四数据集中的历史焊缝中点位置与第二数据集中的当前焊缝中点位置一一对应。

进一步地，在步骤S13和步骤S14中，假设第一数据集为A、第二数据集为B、第三数据集为C、第四数据集为D，在预设时长T内，所述第一数据集A中可存储有多个当前车体姿态角，所述第二数据集B中可存储有对应数量个当前焊缝中点位置的数字量。所述第三数据集C中的历史车体姿态角为上一个预设时长T内所述姿态传感器16采集的车体姿态角，所述第四数据集D中的历史焊缝中点位置的数字量是上一个预设时长T内素数线性位移传感器17采集的焊缝中点位置的数字量。其中，在本实施例中，所述姿态角偏差量ΔA为ΔA＝A[i]-C[i]，所述位置偏差量ΔD为ΔD＝B[i]-D[i]，i为正整数。

进一步地，所述焊枪15的实际偏移量ΔV的计算步骤包括ΔV＝ΔD*tan(ΔA)，其中，ΔD代表位置偏差量，ΔA代表姿态角偏差量。在实际实施时，由于所述跟踪控制器11在对所述第一驱动装置12进行控制时，可通过脉冲数量表征对所述第一驱动装置12的控制量，例如，控制所述第一驱动装置12中的电机转动一周需要100个脉冲实现，因此，在本实施例中，可基于所述实际偏差量计算所述焊枪15的实际偏差脉冲数，进而根据所述实际偏差脉冲数控制所述第一驱动装置12驱动所述焊枪15进行位置调整，具体地，所述焊枪15的实际脉冲偏差脉冲数N＝ΔV*K，其中，所述K为转换系数。

需要注意的是，在完成对所述焊枪15的位置调整时，可清空所述第三数据集中的历史车体姿态角以及所述第四数据集中的历史焊缝中点位置；将所述第一数据集中的当前车体姿态角转存至所述第三数据集中以作为下一次进行焊枪15位置调整时的历史车体姿态角，以及将所述第二数据集中的当前焊缝中点位置转存至所述第四数据集中以作为下一次进行焊枪15位置调整时的历史焊缝中点位置。

进一步地，根据实际需求，在进行焊枪跟踪以对焊枪15的位置进行调节之外，还可通过控制跟踪滑块14进行相应的偏移来跟踪焊缝的焊缝中点坐标的变化，进而提高焊枪跟踪过程中的跟踪精度，具体地，如图3所示，所述焊枪跟踪方法还包括步骤S15-步骤S17。

步骤S15，接收焊枪跟踪过程中所述图像采集传感器18采集的焊缝坡口实时图像，并基于该焊缝坡口实时图像计算得到所述焊缝的当前中点坐标值，提取所述当前中点坐标值中的当前横坐标值；

步骤S16，将所述当前中点坐标值中的横向坐标值与目标调节值进行比对，若所述横向坐标值和所述目标调节值存在偏差，则计算所述当前横向坐标值和所述目标调节值之间的偏差量；

步骤S17，根据所述偏差量控制所述第二驱动装置13驱动所述跟踪滑块14进行位置调整，以使得在焊枪跟踪过程中实现所述图像采集传感器18对所述焊缝中点的跟踪。

上述步骤S15-步骤S17是用于在焊枪跟踪过程中，使得所述跟踪滑块14能够跟踪焊缝坐标(相对于所述跟踪控制器11中的相对坐标系中的坐标)的变化，即可使得安装于所述跟踪滑块14上的线性位移传感器17和所述图像采集传感器18能够跟踪焊缝坐标的变化，进而提高所述焊枪跟踪过程中的可靠性。

详细地，在步骤S15中，所述跟踪控制器11在基于图像处理软件对所述焊缝坡口实时图像进行图像处理以得到所述焊缝在所述相对坐标系中的当前中点坐标值的过程可以包括：获得位于所述相对坐标系中的所述图像信息，将所述图像信息进行旋转，以使旋转后的图像垂直于所述相对坐标性中的设定轴。根据旋转后的所述相对坐标系中的图像信息分析得到所述焊缝的当前中点坐标值，该当前中点坐标值可包括横向坐标和纵向坐标。其中，由于所述图像采集传感器18在采集焊缝坡口图像时的角度可能不同，因此，在图像处理过程中对图像进行旋转的角度亦可不同，只要能够使旋转后的图像垂直于设定轴即可。应当理解，将图像信息旋转为垂直于设定轴，仅为本发明实施例中的可选实现方式，在实际应用中，还可以对图像信息进行其他处理，例如，可以将图像信息旋转为平行于设定轴。又例如，可以不旋转图像信息等，本实施例对此不作限制。

进一步地，步骤S16和步骤S17中的所述目标调节值的获取过程可以包括：在焊枪跟踪开始时，所述跟踪控制器11控制所述图像采集传感器18采集当前时刻下的焊缝坡口图像，并基于该焊缝坡口图像计算所述焊缝的中点坐标值，提取所述中点坐标值中的横坐标作为所述目标调节值。具体地，在焊枪跟踪过程中，所述目标调节值是作为PID(Proportion，Integral，Differential)调节模型进行调节时的目标值，而当前中点坐标值中的横向坐标值是作为PID调节模型的输入量。在此可以理解的是，所述PID调节模型的输入实际为所述当前横向坐标值和所述目标调节值之间的偏差量，那么，PID调节模型通过对输入的偏差量进行限位和线性转换后把偏差量这一数字信号转换对第二驱动装置13的进行速度控制时的模拟信号，进而通过所述第二驱动装置13驱动跟踪滑块14进行相应的偏移来跟踪焊缝中点坐标的变化。

请结合参阅图4，假设r(t)为所述PID调节模型的目标调节值，c(t)为所述图像采集传感器18采集到的当前中点坐标值中的横向坐标值，那么将r(t)与c(t)的差值e(t)作为所述PID调节模型的输入进行转换后，所述跟踪控制器11根据PID调节模型的输出控制第二驱动装置13驱动所述跟踪滑块14移动进而带动位于所述跟踪滑块14上的图像采集传感器18和所述线性位移传感器17移动，并在跟踪过程中将所述图像采集传感器18的采集的焊缝坡口实时图像作为反馈与所述目标调节值进行对比，从而达到对焊缝跟踪的效果。

其中应注意的是，所述PID调节模型可以为其中，表示积分系数，表示微分系数，则K_p、K_i、K_d三个参数直接影响PID调节模型的动态跟踪性能。本实施例经过大量的实验与验证，针对锁定式跟踪焊缝的要求，要达到快速响应与零漂移的要求，所述PID调节模型的调节参数可以为但不限于采样周期T＝0.1s、K_p＝2.68、K_i＝0.15、K_d＝0.06时PID调节模型的性能较优。

另外，所述跟踪控制器11控制所述第二驱动装置13驱动所述跟踪滑块14进行姿态调节的过程包括：假设第二驱动装置13(如伺服驱动器)采用速度控制模式，在该模式下跟踪控制器11输入至所述第二驱动装置13的信号为-10V-10V的模拟电压，且第二驱动装置13在模拟电压为-10V时对应的转速为反转3000r/min、模拟电压为0V时对应的转速为0r/min、模拟电压为10V对应转速为正转3000r/min，那么可以看出跟踪控制器11输出至第二驱动装置13的模拟电压与第二驱动装置13中的转速的关系为：n＝3000*x/10，其中n为电机转速，x为输出的模拟电压值。若某一时间，所述线性位移传感器17采集到的焊缝中点位置与目标值存在偏差，第二驱动装置13在所述跟踪控制器11的控制下执行速度控制指令直到速度指令为0。

进一步地，根据实际需求，如图5所示，为了确保在焊枪跟踪过程中各传感器采集到的数据的可靠性，本实施例在执行上述步骤S11-步骤S16之前，所述焊枪跟踪方法还可包括下述步骤S17-步骤S18。

步骤S18，接收图像采集传感器18采集并发送的焊缝坡口图像；

步骤S19，根据所述焊缝坡口图像判断当前数据可信度是否大于预设值，若大于所述预设值，则判定可进入焊枪跟踪过程，并执行上述步骤S11-步骤S17，若不大于所述预设值，则判定当前焊接环境下个传感器采集的数据可靠性差，因此不进入焊枪跟踪过程。

详细地，所述当前数据可信度表示当前检测环境下输出值准确性的百分比，此值会随检测到的焊缝质量改变，如当焊缝坡口形状不明显或者存在弧光干扰情况时，该可信度的值较小。所述预设值的大小可根据实际需求进行灵活设定，例如，所述可信度可以为但不限于50％。

综上所述，本发明实施例提供一种焊枪跟踪方法和爬行焊接机器人10。其中，在焊枪对焊缝的跟踪过程中，通过将姿态传感器16采集到的车体姿态角和线性位移传感器17采集到的焊缝中点位置滞后到焊枪15到达姿态传感器16、线性位移传感器17进行数据采集时的采集位置再对焊枪15位置进行调节，能够有效提升焊枪15对焊缝的跟踪精度，减少焊枪15的跟踪累积误差。

另外，本发明还通过在焊枪跟踪过程中对跟踪滑块14的调节，使得跟踪滑块14以及设置于所述跟踪滑块14上的图像采集传感器18和线性位移传感器17实现对焊缝的精确跟踪，有效确保各传感器采集到的数据的可靠性，以进一步提高焊枪15的跟踪精度。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊枪跟踪方法，应用于爬行焊接机器人上的跟踪控制器，其特征在于，所述爬行焊接机器人还包括车体、第一驱动装置、焊枪、姿态传感器、线性位移传感器，所述跟踪控制器与所述第一驱动装置、所述姿态传感器、所述线性位移传感器分别连接，所述焊枪与所述第一驱动装置连接；所述焊枪跟踪方法包括：

接收所述姿态传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的所述车体的当前车体姿态角，并将各所述当前车体姿态角依次保存至第一数据集中；以及接收所述线性位移传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的焊缝的当前焊缝中点位置，并将各所述当前焊缝中点位置依次保存至第二数据集中；

在所述姿态传感器和所述线性位移传感器的数据采集时长达到预设时长时，分别调用第三数据集中保存的历史车体姿态角以及第四数据集中保存的历史焊缝中点位置；

分别计算各所述历史车体姿态角与对应的各所述当前车体姿态角的姿态角偏差量，以及分别计算各所述历史焊缝中点位置与对应的所述当前焊缝中点位置之间的位置偏差量；

根据所述姿态角偏差量和所述位置偏差量计算焊枪的实际偏移量，并根据所述实际偏移量控制所述第一驱动装置驱动所述焊枪进行位置调整以实现所述焊枪对所述焊缝的跟踪。

2.根据权利要求1所述的焊枪跟踪方法，其特征在于，所述爬行焊接机器人还包括用于进行焊缝坡口图像采集的图像采集传感器，所述预设时长T为T＝D/V，其中，D表示所述图像采集传感器到焊枪的距离，V表示爬行焊接机器人的爬行速度。

3.根据权利要求1所述的焊枪跟踪方法，其特征在于，所述实际偏移量ΔV的计算步骤包括:

ΔV＝ΔD*tan(ΔA)，其中，ΔD代表位置偏差量，ΔA代表姿态角偏差量。

4.根据权利要求1所述的焊枪跟踪方法，其特征在于，根据所述实际偏移量对所述焊枪的位置进行调整的步骤，包括：

基于所述实际偏差量计算所述焊枪的实际偏差脉冲数，根据所述实际偏差脉冲数控制所述第一驱动装置驱动所述焊枪进行位置调整。

5.根据权利要求1所述的焊枪跟踪方法，其特征在于，所述焊枪跟踪方法还包括：

在完成对所述焊枪的位置调整时，清空所述第三数据集中的历史车体姿态角以及所述第四数据集中的历史焊缝中点位置；

将所述第一数据集中的当前车体姿态角转存至所述第三数据集中以作为下一次进行焊枪位置调整时的历史车体姿态角，以及将所述第二数据集中的当前焊缝中点位置转存至所述第四数据集中以作为下一次进行焊枪位置调整时的历史焊缝中点位置。

6.根据权利要求1所述的焊枪跟踪方法，其特征在于，所述车体姿态角包括滚转角和俯仰角。

7.根据权利要求2所述的焊枪跟踪方法，其特征在于，所述爬行焊接机器人还包括跟踪滑块和用于驱动所述跟踪滑块的第二驱动装置，所述图像采集传感器和所述线性位移传感器安装于所述跟踪滑块，所述焊枪跟踪方法还包括：

接收焊枪跟踪过程中所述图像采集传感器采集的焊缝坡口实时图像，并基于该焊缝坡口实时图像计算得到所述焊缝的当前中点坐标值，提取所述当前中点坐标值中的当前横坐标值；

将所述当前中点坐标值中的横向坐标值与目标调节值进行比对，若所述横向坐标值和所述目标调节值存在偏差，则计算所述当前横向坐标值和所述目标调节值之间的偏差量；

根据所述偏差量控制所述第二驱动装置驱动所述跟踪滑块进行位置调整，以使得在焊枪跟踪过程中实现所述图像采集传感器对所述焊缝中点的跟踪。

8.根据权利要求7所述的焊枪跟踪方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收所述图像采集传感器采集并发送的焊缝坡口图像；

根据所述焊缝坡口图像判断当前数据可信度是否大于预设值，若大于所述预设值，则判定可进入焊枪跟踪过程，并执行接收所述姿态传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的所述车体的当前车体姿态角，并将各所述当前车体姿态角依次保存至第一数据集中的步骤。

9.一种爬行焊接机器人，其特征在于，所述爬行焊接机器人包括跟踪控制器、车体、第一驱动装置、第二驱动装置、焊枪、姿态传感器、线性位移传感器、图像采集传感器和跟踪滑块；

所述跟踪控制器与所述第一驱动装置、第二驱动装置、线性位移传感器、图像采集传感器分别连接，所述焊枪与所述第一驱动装置连接，所述跟踪滑块与所述第二驱动装置连接，所述线性位移传感器和所述图像采集传感器安装于所述跟踪滑块，所述焊枪和所述姿态传感器安装于所述车体；

其中，所述跟踪控制器用于接收所述姿态传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的所述车体的当前车体姿态角并将各当前车体姿态角依次保存至第一数据集中；以及接收所述线性位移传感器在所述焊枪跟踪过程中按照预设时间间隔采集的焊缝的当前焊缝中点位置并将各当前焊缝中点位置依次保存至第二数据集中；在所述姿态传感器和所述线性位移传感器的数据采集时长达到预设时长时，所述跟踪控制器分别调用第三数据集中保存的历史车体姿态角以及第四数据集中保存的历史焊缝中点位置，并分别计算各所述历史车体姿态角与对应的各所述当前车体姿态角的姿态角偏差量，以及分别计算各所述历史焊缝中点位置与对应的所述当前焊缝中点位置之间的位置偏差量；所述跟踪控制传感器还用于根据所述姿态角偏差量和所述位置偏差量计算焊枪的实际偏移量，并根据所述实际偏移量控制所述第一驱动装置驱动所述焊枪进行位置调整以实现所述焊枪对所述焊缝的跟踪。

10.根据权利要求9所述的爬行焊接机器人，其特征在于，所述图像采集传感器包括CCD传感器、CMOS传感器、结构光传感器中的一种。