[发明专利]用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于遥控焊接的遥控示教方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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Ts，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，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T_i得到该示教位姿下的机器人的关节角P_i(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆)，并将P_i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(P₁，P₂，…，P_n)(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。