本發(fā)明基于激光掃描式焊縫跟蹤傳感器，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，智能控制焊接機(jī)器人跟蹤焊縫軌跡進(jìn)行焊接。
背景技術(shù)：
：焊接在工業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要地位。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們對(duì)生產(chǎn)中焊接質(zhì)量提出了更高的要求。在現(xiàn)有自動(dòng)焊接工藝過(guò)程中，往往是機(jī)器人通過(guò)示教方式按照固定焊縫軌跡進(jìn)行焊接。該模式已無(wú)法滿足工業(yè)焊接所需精度要求，并且不具備焊接未知軌跡的能力。通過(guò)焊縫檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)焊縫位置并跟蹤、引導(dǎo)機(jī)器人持焊槍按照檢測(cè)到的焊縫實(shí)際軌跡進(jìn)行焊接，使焊槍頂點(diǎn)始終位于焊縫的中心位置。智能化焊接可確保焊接軌跡的準(zhǔn)確性、焊接質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。激光掃描式焊縫跟蹤傳感器的使用，是當(dāng)前智能化焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，具有高精度、高速度、強(qiáng)適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有基于示教編程模式的自動(dòng)焊接工藝的不足，本發(fā)明以激光掃描式焊縫跟蹤傳感器獲取的焊縫軌跡數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法及基因遺傳算法，提出一種基于激光掃描式焊縫跟蹤傳感器的機(jī)器人焊接運(yùn)動(dòng)控制方法，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人智能化焊接。本發(fā)明的技術(shù)方案的步驟如下：(1)設(shè)定初始焊接機(jī)器人的世界坐標(biāo)系、機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系、焊槍起始點(diǎn)、激光三角平面參數(shù)、焊接速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間。(2)根據(jù)激光掃描式焊縫跟蹤傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)點(diǎn)集中搜索下一控制周期時(shí)的焊槍頂端位置點(diǎn)。(3)運(yùn)用遺傳算法搜索焊槍的最優(yōu)姿態(tài)。約束條件一：下一周期時(shí)的焊縫與激光三角平面的交點(diǎn)靠近激光三角平面的中心位置；約束條件二：焊槍的方向矢量與焊縫切線方向矢量所成角度在一定的范圍內(nèi)。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法具有焊接精度高、執(zhí)行效率快、通用性好等特點(diǎn)，可以廣泛用于各種空間未知直線或者曲線焊縫的焊接。附圖說(shuō)明圖1激光焊縫傳感器末端坐標(biāo)系下的激光三角平面；圖2焊接運(yùn)動(dòng)與控制周期關(guān)系圖；圖3激光焊縫傳感器與焊縫關(guān)系圖；圖4遺傳算法約束條件一；圖5遺傳算法約束條件二。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。(1)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)算法初始參數(shù)設(shè)置根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，設(shè)定機(jī)器人傳感器世界坐標(biāo)系{W}，機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系{T}。機(jī)器人世界坐標(biāo)系{W}：該坐標(biāo)系Ow-XwYwZw用于對(duì)機(jī)器人、焊槍、焊縫等各個(gè)對(duì)象的位姿和坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一描述。機(jī)器人末端坐標(biāo)系{T}：焊槍頂點(diǎn)坐標(biāo)為PTT，焊槍方向矢量為VTT。如圖1所示，激光三角平面頂點(diǎn)為PLT，三角平面兩條邊界的方向矢量分別為V1T，V2T。并設(shè)置焊接速度為v，控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)周期為t，傳感器與焊槍導(dǎo)前距離l。(2)搜索下一周期焊槍頂點(diǎn)位置(X，Y，Z)如圖2所示，由于激光焊縫傳感器和焊槍之間存在一定的導(dǎo)前距離，所以當(dāng)焊接時(shí)間t＝0，即焊接的初始周期，傳感器激光平面位于焊縫的起始點(diǎn)位置，而焊槍落后于傳感器，當(dāng)焊槍處于導(dǎo)前距離范圍內(nèi)并不需要焊接。此時(shí)將焊槍頂點(diǎn)(X0，Y0，Z0)和焊縫起始點(diǎn)(X1，Y1，Z1)擬合練成一條直線，讓焊槍沿著該直線前進(jìn)。焊槍總位移s＝v×t。根據(jù)直線方程比例式：dxt=(s÷l)×(X1-X0)dyt=(s÷l)×(Y-Y0)dzt=(s÷l)×(Z1-Z0)]]>焊槍位于直線過(guò)程中，下一焊接點(diǎn)坐標(biāo)為(X0+dxt,Y0+dyt,Z0+dzt)。當(dāng)s>l時(shí)，焊槍結(jié)束導(dǎo)前距離，進(jìn)入曲線焊縫的焊接過(guò)程。此時(shí)在傳感器測(cè)量得到的離散焊縫數(shù)據(jù)集中，依次計(jì)算相鄰2個(gè)焊縫與激光平面交點(diǎn)之間的距離并進(jìn)行累加。累加之和記為Sall。當(dāng)Sall>s-l時(shí)，取此時(shí)的焊縫與激光平面交點(diǎn)即為焊槍下一步行進(jìn)點(diǎn)Pn(X，Y，Z)。(3)遺傳算法求解下一周期焊槍的空間姿態(tài)約束條件一：下一周期焊縫與激光平面的交點(diǎn)靠近激光三角平面中心位置。如圖3所示，激光三角平面掃描焊縫軌跡并取得交點(diǎn)，由于后續(xù)焊縫軌跡未知，必須預(yù)估下一測(cè)量點(diǎn)，且該點(diǎn)必須在攝像機(jī)可視范圍內(nèi)部，即激光三角平面內(nèi)部。設(shè)當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)為P1，前一個(gè)測(cè)量點(diǎn)為P0，根據(jù)P0和P1擬合直線并取下一周期預(yù)估測(cè)量點(diǎn)P2。滿足：|P0P1|＝|P1P2|。如圖4，一個(gè)三角形中心位置應(yīng)該是該點(diǎn)到三角形的三個(gè)頂點(diǎn)距離之和最小。約束條件二：焊槍法矢與焊縫夾角在一定范圍內(nèi)如圖5所示，焊接過(guò)程中，焊槍的法向矢量跟焊縫所成一定的夾角。因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰焊接點(diǎn)距離足夠近，我們可以近似將兩點(diǎn)所成直線當(dāng)做軌跡的切線，設(shè)定夾角范圍β1和β2之間。設(shè)兩向量向量夾角余弦公式：β=arccos<a→×b→|a→|·|b→|>]]>遺傳算法：遺傳算法主要包括5個(gè)基本要素:參數(shù)編碼,初始群體的產(chǎn)生,適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì),遺傳操作(選擇、交叉變異)的設(shè)計(jì),控制參數(shù)的設(shè)定(群體規(guī)模、交叉概率、變異概率)。首先將空間中所有的姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行二進(jìn)制編碼(數(shù)據(jù)點(diǎn)姿態(tài)集群{x}轉(zhuǎn)碼為若干0或1的字符串)x＝(x1,x2,…,xn),xi∈Di,Di∈R其中：i＝3。x1＝Φ，x2＝θ，x3＝φ。初始群體為全體實(shí)數(shù)R。適應(yīng)度函數(shù)在遺傳算法中用來(lái)表示種群中個(gè)體趨近于最優(yōu)解的優(yōu)良程度，因此高適應(yīng)度的個(gè)體相對(duì)于低適應(yīng)度的個(gè)體被遺傳到下一代的概率較大。適應(yīng)度函數(shù)表達(dá)式：f(x)=k1×(d12+d22+d32)+k2×[(β1-β)2+(β2-β)2],β∈(β1,β2);∞,β∉(β1,β2);]]>其中k1+k2＝1且0<k1,k2<1。遺傳算法中選擇的過(guò)程就是在適應(yīng)度函數(shù)條件下，優(yōu)良個(gè)體直接遺傳到下一代，而劣質(zhì)個(gè)體被淘汰。選擇算子具有全局搜索的作用，搜索出優(yōu)良個(gè)體，進(jìn)行交叉變異，即0變1或者1變0。形成新的集群后代。重復(fù)上述步驟直至尋求最優(yōu)后代x1，x2，x3。結(jié)果：通過(guò)上述算法求得焊槍下一運(yùn)動(dòng)周期的位姿(X，Y，Z，Φ，θ，φ)。從而完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制方法的流程。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3