用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法技术

用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法，它涉及一种用于遥控焊接的遥控示教方法。本发明专利技术的目的是解决遥控焊接中难以完成的复杂焊缝的遥控示教、以及示教中焊枪的位置和姿态调整的耗时长问题。步骤一：系统初始化；步骤二：焊缝接头类型设定；步骤三：自动获取焊缝特征点；步骤四：计算得到焊缝示教点Ｔｉ＝Ｐｓ＋Ｒｒ；步骤五：记录形成示教点序列；步骤六：判断示教点是否足够；步骤七：遥控示教程序下载；步骤八：示教结束。本发明专利技术用于遥控焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于遥控焊接的遥控示教方法。
技术介绍
在空间探索，水下施工，核电站修复等极限环境下的焊接任务，操作者不能身临现 场，完成焊接作业必须采用遥控。遥控焊接指操作者不在焊接现场，采用遥操作机器人焊接 系统或者自动化焊接设备完成的远程焊接。示教再现是传统机器人焊接的主要作业方式， 同样遥控示教也是实现遥控焊接的关键技术。在传统的示教中，如果示教焊缝轨迹为空间 曲线，仅对路径上任意示教点，也需要多次调整焊枪的位置和姿态，示教时间甚至比焊接的 时间还要长。采用立体视觉辅助进行遥控示教时，操作者必须保持在底层控制环中，通过立 体视觉系统全神贯注的用手控器调整焊枪位姿，长时间通过立体图像观察焊接现场，操作 者容易疲劳，尤其对于空间曲线焊缝，通过设定大量的示教点来保证机器人轨迹运动精度， 需要频繁的调整焊枪姿态，并保持"操作者_手控器_远端摄像机_焊枪_机器人本体"互 相之间的位置感，否则容易误操作或发生碰撞。现有的遥控示教方法难以完成复杂焊缝的 遥控示教。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决遥控焊接中难以完成的复杂焊缝的遥控示教、以及示教 中焊枪的位置和姿态调整耗时长问题，提出了一种用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控 示教方法。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是所述方法由以下步骤实现 步骤一 系统初始化首先选定本地端的中央监控人机界面作为客户端登陆到作 为服务器的远端机器人控制器，系统初始化，包括空间鼠标的初始化，通讯参数初始化，立 体视觉系统初始化和宏观视觉系统初始化，在中央监控人机界面设置系统工作在遥控示教 状态； 步骤二 焊缝接头类型设定手动调节宏观变焦摄像机和第二可控云台改变视 野，通过宏观视觉显示器观察远端的焊接环境，手动控制空间鼠标发送增量值数据给机器 人控制器，引导焊枪到工作平台附近，通过佩戴液晶光闸眼镜，调整第一可控云台和双目 CCD摄像机来观测焊接作业空间，得到具有精细的深度感的视觉信息，根据观测的焊缝信息 在中央监控人机界面中设置焊缝接头类型，并通过工业以太网传给激光视觉跟踪控制器以 调用相应的焊缝CAD模型库的图像处理模块，手动控制空间鼠标发送增量值数据给机器人 控制器，引导焊枪到焊缝一端上方距焊缝20—-30mm附近； 步骤三获取焊缝特征点命令激光视觉传感控制器对反射到激光视觉传感器工 作头中的CCD上的图像进行处理，获得高密度的点描述的焊缝横截面轮廓，计算得到焊缝 特征点在激光视觉传感器坐标系下的位置Pf (x， z)，实现自动提取焊缝的特征点，并编码传 给机器人控制器8 ; 步骤四计算得到焊缝示教点根据事先标定的传感器矩阵Ts，得到焊缝特征点在世界坐标系下的位置Pf(x， y， z) = TsXPf(x， z)，在中央监控人机界面中设定弧长，计算得到焊缝的示教点位置Ps (x， y， z)，调整焊枪的姿态为示教姿态，计算得到姿态& (a， b， c)，因此，焊缝示教点的位姿表示为A = Ps+I^，从而实现自动获取焊缝的示教点； 步骤五记录形成示教点序列操作者操作空间鼠标的物理按键，分别设定速度、插补方式及引弧命令，按空间鼠标上的记录键记录，机器人控制器得到记录该示教点的命令后，进行逆运动学计算由Ti得到该示教位姿下的机器人的关节角Pi(e" e2， e3， e4，9 5， 9 6)，并将Pi传给中央监控人机界面，写入遥控示教文件teleteach. tcf中； 步骤六判断示教点是否足够机器人控制器判断示教点是否足够，不能满足要求时重复步骤三-步骤五，直到焊缝示教点个数满足要求，最后获得焊缝示教点序列p(ppP2，…，Pn) (1《n，为示教点个数); 步骤七遥控示教程序下载操作中央监控界面设定焊接电流、电压参数，存储到 teleteach. tcf中，并把此文件下载到机器人控制器中，如果执行空间鼠标的"RUN"命令 的物理按键，并通过中央监控界面启动焊接电源，机器人控制器则执行该示教程序完成焊 接； 步骤八示教结束。 本专利技术具有以下有益效果1.本专利技术的激光视觉传感辅助遥控示教方法能有效 弥补机械原因造成的误差，快速示教多种形式的焊缝，完全可以用之实现遥控焊接；2.本 专利技术采用的是激光视觉传感器自动提取焊缝的特征点信息，经过程序处理得到示教点，调 整焊枪的位置和姿态这一操作过程自动完成，大大降低了示教难度，减轻了操作者工作强 度，提高了遥控焊接示教的效率和精度，节约大量的示教时间；3.本专利技术中的激光视觉传 感器仅用于特征点提取，不用于焊缝跟踪，激光视觉传感器的成本低，易于推广；4.本专利技术 具有通用性好、灵活性高和实用性强的特点，能够适应V型、搭接、对接、角接等多种焊缝坡 口类型和各种环境下的遥控示教。附图说明 图1为本专利技术应用的遥控焊接装置示意图；图2为本专利技术视觉传感辅助遥控示教 的程序流程图；图3为激光视觉传感工作图；图4为激光视觉传感的三角测量原理图；图5 为遥控示教的工件为直径200mm的圆筒，焊缝为V型坡口的螺旋线焊缝，螺旋线绕过的角度 为180度，得到激光视觉传感辅助遥控示教的过程曲线图；图6为两块300X80mm的工件分 别与厚度为3mm的钢板对接，焊缝为对接坡口的平面正弦曲线焊缝，采用现有遥控示教方 式和本专利技术的遥控示教方式的示教时间对比图，其中A为现有遥控示教方式的示教时间，B 为本专利技术的遥控示教方式的示教时间。具体实施例方式具体实施方式一 结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的方法由以下步骤 实现 步骤一 系统初始化首先选定本地端的中央监控人机界面2作为客户端登陆到 作为服务器的远端机器人控制器8，系统初始化，包括空间鼠标4的初始化，通讯参数初始化，立体视觉系统初始化和宏观视觉系统初始化，在中央监控人机界面2设置系统工作在 遥控示教状态； 步骤二 焊缝接头类型设定手动调节宏观变焦摄像机16和第二可控云台15改 变视野，通过宏观视觉显示器1观察远端的焊接环境，手动控制空间鼠标4发送增量值数据 给机器人控制器8，引导焊枪17到工作平台11附近，通过佩戴液晶光闸眼镜5，调整第一可 控云台12和双目CCD摄像机13来观测焊接作业空间，得到具有精细的深度感的视觉信息， 根据观测的焊缝信息在中央监控人机界面2中设置焊缝接头类型，并通过工业以太网7传 给激光视觉跟踪控制器8以调用相应的焊缝CAD模型库的图像处理模块，手动控制空间鼠 标4发送增量值数据给机器人控制器8，引导焊枪17到焊缝一端上方距焊缝20-—30mm附 近； 步骤三获取焊缝特征点命令激光视觉传感控制器9对反射到激光视觉传感器 工作头18中的CCD上的图像进行处理，获得高密度的点描述的焊缝横截面轮廓，计算得到 焊缝特征点在激光视觉传感器坐标系下的位置Pf (x， z)，实现自动提取焊缝的特征点，并编 码传给机器人控制器8 ; 步骤四计算得到焊缝示教点根据事先标定的传感器矩阵Ts，得到焊缝特征点在 世界坐标系下的位置Pf(x， y， z) = TsXPf(x， z)，在中央监控人机界面2中设定弧长，计算 得到焊缝的示教点位置Ps(x，y，z)，调整焊枪17的姿态为示教姿态，计算得到姿态Rr(a，b，C)，因此，焊缝示教点的位姿表示为A = Ps+I^，从而实现自动获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法，其特征在于所述方法由以下步骤实现：步骤一：系统初始化：首先选定本地端的中央监控人机界面（２）作为客户端登陆到作为服务器的远端机器人控制器（８），系统初始化，包括空间鼠标（４）的初始化，通讯参数初始化，立体视觉系统初始化和宏观视觉系统初始化，在中央监控人机界面（２）设置系统工作在遥控示教状态；步骤二：焊缝接头类型设定：手动调节宏观变焦摄像机（１６）和第二可控云台（１５）改变视野，通过宏观视觉显示器（１）观察远端的焊接环境，手动控制件下载到机器人控制器（８）中，如果执行空间鼠标４的“ＲＵＮ”命令的物理按键，并通过中央监控界面（２）启动焊接电源（１９），机器人控制器（８）则执行该示教程序完成焊接；步骤八：示教结束。空间鼠标（４）发送增量值数据给机器人控制器（８），引导焊枪（１７）到工作平台（１１）附近，通过佩戴液晶光闸眼镜（５），调整第一可控云台（１２）和双目ＣＣＤ摄像机（１３）来观测焊接作业空间，得到具有精细的深度感的视觉信息，根据观测的焊缝信息在中央监控人机界面（２）中设置焊缝接头类型，并通过工业以太网（７）传给激光视觉跟踪控制器（８）以调用相应的焊缝ＣＡＤ模型库的图像处理模块，手动控制空间鼠标（４）发送增量值数据给机器人控制器（８），引导焊枪１７到焊缝一端上方距焊缝２０－３０ｍｍ附近；步骤三：获取焊缝特征点命令：激光视觉传感控制器（９）对反射到激光视觉传感器工作头（１８）中的ＣＣＤ上的图像进行处理，获得高密度的点描述的焊缝横截面轮廓，计算得到焊缝特征点在激光视觉传感器坐标系下的位置Ｐ↓［ｆ］（ｘ，ｚ），实现自动提取焊缝的特征点，并编码传给机器人控制器（８）；步骤四：计算得到焊缝示教点：根据事先标定的传感器矩阵Ｔ↓［ｓ］，得到焊缝特征点在世界坐标系下的位置Ｐ↓［ｆ］（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｔ↓［ｓ］×Ｐ↓［ｆ］（ｘ，ｚ），在中央监控人机界面（２）中设定弧长，计算得到焊缝的示教点位置Ｐ↓［ｓ］（ｘ，ｙ，ｚ），调整焊枪１７的姿态为示教姿态，计算得到姿态Ｒ↓［ｒ］（ａ，ｂ，ｃ），因此，焊缝示教点的位姿表示为：Ｔ↓［ｉ］＝Ｐ↓［ｓ］＋Ｒ↓［ｒ］；步骤五：记录形成示教点序列：操作者（３）操作空间鼠标（４）的物理按键，分别设定速度、插补方式及引弧命令，按空间鼠标（４）上的记录键记录，机器人控制器（８）得到记录该示教点的命令后，进行逆运动学计算由Ｔｉ得到该示教位姿下的机器人（１０）的关节...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李海超，高洪明，张广军，吴林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]