[发明专利]用于移动焊接机器人自寻迹的位姿调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊接技术领域的方法，具体是一种用于移动焊接机器人的自寻迹位姿调整方法。

背景技术

在焊前，如果只需将焊接机器人放在距焊缝一定距离的位置，而由焊接机器人根据焊缝的特征信息自动寻找焊缝并调整自己的位姿到设定的待焊状态，即由焊接机器人自主的实现焊接对中及起始点的辨识，这将大大减少焊前准备工作的时间，使焊接机器人具有了更高的自主性，这无疑是非常具有实际意义的。而位姿调整是自寻迹过程中一个最为关键的环节，能否调整到期望的焊接位置和姿态是决定整个自寻迹过程成功与否的关键。

经过对现有技术的检索发现，“移动焊接机器人坡口自寻迹位姿调整的轨迹规划”《机械工程学报》(2005，Vol41，No.5：215-220)中提出了一种曲线与圆弧相组合的方案。在轨迹调整过程中，焊接机器人先后退，然后分别作匀加速曲线运动，匀速圆周运动，最后再做匀减速曲线运动，到达目标位姿时角速度为零。理想的情况下，它能得到一个较为精确的结果。但在实际过程中，坡口加工精度，装配间隙的一致性等许多因素使得单纯依靠激光条纹与焊缝之间位置关系，很难得到精确的切入角度；另外，如果规划的轨迹没有使焊枪与焊缝之间形成闭环的关系，在位姿调整过程中，诸如转动惯量，驱动轮的电气参数，外部作业环境等诸多不确定性因素的影响，也极有可能导致最终的调整失败。因此上述的调整方法在实际生产中是难以应用的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于移动焊接机器人的自寻迹位姿调整方法，通过实时采集数据并基于最小二乘法实现切入角的精确辨识，达到稳定、可靠、较短距离地实现了移动焊接机器人的焊前自寻迹的位姿调整，提高了移动焊接机器人的智能化水平。

本发明是通过以下技术方案实现的：

首先移动焊接机器人根据焊接机器人本体的姿态及激光条纹传感器投射到焊缝坡口上的畸变特征初略计算初始切入角，然后进行直线前进+向焊接方向作匀速圆周的预调整，如果没有调整到位，再基于最小二乘法精确求解切入角，最后进行精确的位姿调整，使其达到期望的目标位姿，完成自寻迹任务。

本发明包括以下步骤：

第一步、使得焊接机器人以切入角小于等于90°的方向前行，根据焊接坡口的特征模型搜寻到焊缝；

所述的切入角是指移动焊接机器人的纵向中轴线或其延长线与焊缝在焊接方向与的夹角。

第二步、根据焊接机器人的姿态及激光条纹投射到坡口上的畸变特征得到移动焊接机器人的初始切入角，当初始切入角小于20°时，执行第四步；当初始切入角在20~90°范围时，执行第三步；

第三步、对焊接机器人进行差位预调整使移动焊接机器人的切入角小于等于20°；

所述的差位预调整是指：沿初始切入角减去5~10°的方向依次进行直线前进和转动调整，

所述直线前进是指：

当焊接机器人的驱动轮或者辅助自由轮距焊缝中心线的距离均不大于焊接机器人轴距时，则直线前进的距离为两者中的较小距离；

当焊接机器人的驱动轮或者辅助自由轮距焊缝中心线的距离均大于焊接机器人轴距时，则直线前进的距离为焊接机器人轴距；

所述的焊接机器人轴距是指焊接机器人的驱动轮和辅助自由轮的间距。

所述的转动调整是指：焊接机器人以转动半径为R的匀速圆周运动进行初步调整。

第四步，应用最小二乘法进行焊前自寻迹位姿调整，使移动焊接机器人位于焊缝的下方，且移动焊接机器人车体平行于焊缝，焊枪位于焊缝中心。

所述的最小二乘法进行焊前自寻迹位姿调整是指：

4.1)焊接机器人在前进同时按时间步长对传感器与焊缝之间的偏差进行实时采集，然后将偏差组成偏差数据列后对焊接机器人与焊缝之间的夹角，即切入角进行最小二乘法辨识得到焊接机器人的位姿调整参数；

4.2)焊接机器人根据位姿调整参数进行移动直至焊枪位于焊缝的上方，然后焊接机器人向焊接方向作匀速圆周运动一周，直至焊枪回到焊缝中心，移动焊接机器人的运动停止。

所述的最小二乘法辨识是指：利用最小二乘法得到偏差数据数列中每一个偏差对应的切入角，当切入角小于偏差阈值则设定位姿调整参数为零度且自寻迹完成；否则，判定下一个切入角，同时设定位姿调整参数为指向焊接方向的转动半径为R的匀速圆周运动，直至使切入角小于偏差阈值。

所述的偏差阈值为10～20°