CN114012214A - 一种焊缝跟踪运动控制方法 - Google Patents

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魏登明
杨海东
姚明阳
李泽辉
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Abstract

本发明公开了一种焊缝跟踪运动控制方法，包括如下步骤：步骤S1，建立坐标系，获得焊缝点坐标系信息；步骤S2，获取焊缝轨迹；步骤S3，以焊缝点坐标信息为基础，获取焊缝轨迹上每一段小段的线段信息；线段信息中与后向相邻线段之间衔接角度θi为两段上速度矢量的夹角；步骤S4，设定相邻线段衔接角允许的最大限制值θmax，并与衔接角度θi比较；步骤S5，根据新的焊缝轨迹重新获取每段小线段的信息；步骤S6，采用S曲线加减速控制；步骤S7，建立最优衔接速度取值的约束模型，得到最优衔接速度v。本发明采用S曲线加减速运动精度较高，避免了机器人启停时由加速度突变造成的柔性冲击，并通过最优衔接速度确保焊接的准确性。

Description

一种焊缝跟踪运动控制方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体地涉及一种焊缝跟踪运动控制方法。
背景技术
焊接生产具有生产成本低、工艺适应性广、结构刚度大以及连接性能好等诸多优势，然而传统焊接生产主要依靠人工完成，劳动强度大，工作环境恶劣，焊接过程中产生的烟雾、弧光和飞溅均会对生产人员的身体健康造成极大威胁；而且传统焊接生产中，焊接质量很大程度上依赖于焊接工人的焊接经验与技术，对从业人员的专业素质有一定要求。伴随工业制造产业的不断优化与升级，对焊接生产质量也提出了更加严格的要求。因此，实现焊接自动化，减少焊接过程中的人为干扰因素，提高焊接质量与生产效率，成为焊接生产的主流发展趋势。
为提高机器人焊接质量，基于各类传感器的焊缝跟踪实施方案在机器人焊接中得到广泛应用。电弧传感器检测方式或具有滞后性，探针式接触传感器机械结构复杂，跟踪精度不高，适用场合有限。伴随着机器视觉技术的蓬勃发展，视觉传感器在机器人焊接焊缝跟踪领域也得到了大规模使用。相比传统的焊缝跟踪用传感器，视觉传感器具有无接触、精度高、鲁棒性强、测量信息丰富以及适用范围广等诸多优势。而现有的焊缝跟踪视觉传感器因焊接过程的加减速易造成焊炬震动，偏离焊缝轨迹，焊速不均匀等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种可根据S曲线加减速和最优衔接速度确定的焊缝跟踪运动控制方法，以达到焊接速度稳定、运动精度高、焊缝跟踪准确的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种焊缝跟踪运动控制方法，基于视觉传感器，包括如下步骤：
步骤S1，建立坐标系，利用视觉检测任务获得焊缝点坐标系信息：将所述焊缝点坐标系信息依次写入指定的内存缓冲区，等待运动控制任务获取；
步骤S2，获取焊缝轨迹：采用直线段连接相邻的焊缝特征点；
步骤S3，以焊缝点坐标信息为基础，获取所述焊缝轨迹上每一段小段的线段信息；所述线段信息包括线段起点坐标、线段终点坐标、长度、方向、线段类型以及与后向相邻线段，其中与后向相邻线段之间衔接角度θi为两段上速度矢量的夹角；
步骤S4，设定相邻线段衔接角允许的最大限制值θmax，并与相邻线段之间衔接角度θi比较：当相邻线段间衔接角θi≥θmax时，在该相邻直线段引入过渡的圆弧段以实现速度平滑过渡；当相邻线段间衔接角θi<θmax，在该相邻直线段间保持原有衔接形式，不做调整；
步骤S5，根据新的焊缝轨迹重新获取每段小线段的信息；
步骤S6，采用S曲线加减速控制方法进行加减速控制，采用S曲线加减速运动精度较高，避免了机器人启停时由加速度突变造成的柔性冲击。
步骤S7，建立相邻线段之间各种衔接形式中最优衔接速度取值的约束模型，得到最优衔接速度v。
进一步地，所述步骤S5中，所述焊缝轨迹包括圆弧段和直线段。
进一步地，所述步骤S5中，对于圆弧段，需要获取圆弧段始末点位姿值、过渡圆弧半径、圆心角、弧长、圆心坐标值、线段类型信息。
进一步地，所述步骤S5中，对于直线段，需要根据其上的圆弧段长度，以圆弧段长度占原线段长度的比例，重新计算直线段的线段起点坐标、线段终点坐标、长度以及与后向相邻线段之间衔接角度。
进一步地，所述直线段与相邻过渡圆弧段之间衔接角度数值为零。
进一步地，所述步骤S7中，所述相邻线段包括相邻两直线段以及相邻直线段与圆弧段两种，其中，相邻两直线段之间衔接速度vi的取值要同时满足线段长度约束、衔接角度约束以及机器人运动最大允许速度约束vmax1，相邻直线段与圆弧段之间衔接速度vi取值要满足线段长度约束、圆周运动特性约束与***最大允许速度约束vmax2，由此可以得到最优衔接速度v。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明为一种根据S曲线加减速和最优衔接速度确定的焊缝跟踪运动控制算法，采用S曲线加减速，S曲线加减速运动精度较高，避免了机器人启停时由加速度突变造成的柔性冲击，可用于需要高速、高精度的加工的工业生产场合中；本发明利用建立小线段之间各种衔接形式中最优衔接速度取值的约束模型，通过焊缝跟踪运动前瞻控制算法中确定各最优衔接速度，保证了焊缝跟踪的准确性。
附图说明
图1为本发明焊缝跟踪运动控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步的详细解释。
本发明提供一种焊缝跟踪运动控制方法，基于视觉传感器，如图1所示，具体包括以下步骤:
步骤S1，建立坐标系，利用视觉检测任务获得焊缝点坐标系信息：将所述焊缝点坐标系信息依次写入指定的内存缓冲区，等待运动控制任务获取；
步骤S2，获取焊缝轨迹：采用直线段连接相邻的焊缝特征点；
步骤S3，以焊缝点坐标信息为基础，获取所述焊缝轨迹上每一段小段的线段信息；所述线段信息包括线段起点坐标、线段终点坐标、长度、方向、线段类型以及与后向相邻线段，其中与后向相邻线段之间衔接角度θi为两段上速度矢量的夹角；
此时，初步获得的焊缝轨迹中，相邻线段之间的衔接角度数值范围无法控制；若衔接角数值过大且未提前做减速处理时，机器人焊接速度会在拐角处发生突变，造成焊炬震动，偏离原有焊缝轨迹，并且频繁速度突变会损坏伺服设备；若依据衔接角度值在经过拐点前进行减速处理时，过大的衔接角度值又会将拐点衔接速度限制到较小值，使得焊接速度过慢，整体焊接速度不均匀，因此需通过步骤S4确定相邻线段之间的衔接角度数值范围；
步骤S4，设定相邻线段衔接角允许的最大限制值θmax，并与相邻线段之间衔接角度θi比较：当相邻线段间衔接角θi≥θmax时，在该相邻直线段引入过渡的圆弧段以实现速度平滑过渡；当相邻线段间衔接角θi<θmax，在该相邻直线段间保持原有衔接形式，不做调整；
步骤S5，根据新的焊缝轨迹重新获取每段小线段的信息；焊缝轨迹包括圆弧段和直线段；
对于圆弧段，需要获取圆弧段始末点位姿值、过渡圆弧半径、圆心角、弧长、圆心坐标值、线段类型信息；对于直线段，需要根据其上的圆弧段长度，以圆弧段长度占原线段长度的比例，重新计算直线段的线段起点坐标、线段终点坐标、长度以及与后向相邻线段之间衔接角度，需要注意此时直线段与相邻过渡圆弧段之间衔接角度数值为零。
步骤S6，采用S曲线加减速控制方法进行加减速控制；S曲线加减速运动精度较高，避免了机器人启停时由加速度突变造成的柔性冲击，多用于需要高速、高精度的加工的工业生产场合中。
步骤S7，建立相邻线段之间各种衔接形式中最优衔接速度取值的约束模型，得到最优衔接速度v。
相邻线段包括相邻两直线段以及相邻直线段与圆弧段两种。相邻两直线段之间衔接速度vi的取值要同时满足线段长度约束、衔接角度约束以及机器人运动最大允许速度约束vmax1，相邻直线段与圆弧段之间衔接速度vi取值要满足线段长度约束、圆周运动特性约束与***最大允许速度约束vmax2，由此可以得到最优衔接速度v，保证了焊缝跟踪的准确性。
以上是对本发明较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的同等变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求的所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种焊缝跟踪运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，建立坐标系，利用视觉检测任务获得焊缝点坐标系信息：将所述焊缝点坐标系信息依次写入指定的内存缓冲区，等待运动控制任务获取；
步骤S2，获取焊缝轨迹：采用直线段连接相邻的焊缝特征点；
步骤S3，以焊缝点坐标信息为基础，获取所述焊缝轨迹上每一段小段的线段信息；所述线段信息包括线段起点坐标、线段终点坐标、长度、方向、线段类型以及与后向相邻线段，其中与后向相邻线段之间衔接角度θi为两段上速度矢量的夹角；
步骤S4，设定相邻线段衔接角允许的最大限制值θmax，并与相邻线段之间衔接角度θi比较：当相邻线段间衔接角θi≥θmax时，在该相邻直线段引入过渡的圆弧段以实现速度平滑过渡；当相邻线段间衔接角θi<θmax，在该相邻直线段间保持原有衔接形式，不做调整；
步骤S5，根据新的焊缝轨迹重新获取每段小线段的信息；
步骤S6，采用S曲线加减速控制方法进行加减速控制，采用S曲线加减速运动精度较高，避免了机器人启停时由加速度突变造成的柔性冲击；
步骤S7，建立相邻线段之间各种衔接形式中最优衔接速度取值的约束模型，得到最优衔接速度v。
2.如权利要求1所述的一种焊缝跟踪运动控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述焊缝轨迹包括圆弧段和直线段。
3.如权利要求2所述的一种焊缝跟踪运动控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，对于圆弧段，需要获取圆弧段始末点位姿值、过渡圆弧半径、圆心角、弧长、圆心坐标值、线段类型信息。
4.如权利要求2所述的一种焊缝跟踪运动控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，对于直线段，需要根据其上的圆弧段长度，以圆弧段长度占原线段长度的比例，重新计算直线段的线段起点坐标、线段终点坐标、长度以及与后向相邻线段之间衔接角度。
5.如权利要求4所述的一种焊缝跟踪运动控制方法，其特征在于，所述直线段与相邻过渡圆弧段之间衔接角度数值为零。
6.如权利要求1所述的一种焊缝跟踪运动控制方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述相邻线段包括相邻两直线段以及相邻直线段与圆弧段两种，其中，相邻两直线段之间衔接速度vi的取值要同时满足线段长度约束、衔接角度约束以及机器人运动最大允许速度约束vmax1，相邻直线段与圆弧段之间衔接速度vi取值要满足线段长度约束、圆周运动特性约束与***最大允许速度约束vmax2，由此可以得到最优衔接速度v。
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王作山: "基于激光结构光视觉引导的焊缝跟踪技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

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