[发明专利]一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法

说明书

本发明公开了一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法，包括确定扫描相关参数，扫描生成焊件的有序点云模型；对焊件的有序点云模型进行预处理滤波；然后在焊缝横截面的进行特征提取和定位，得到相应的焊缝点位姿坐标系，组成焊缝点位姿坐标系序列；根据焊缝点位姿坐标系序列结合焊接作业工艺参数要求形成焊枪位姿坐标系序列；根据焊枪位姿坐标系序列生成机器人焊接作业运动路径。本发明具有3D焊缝特征提取和建模能力，实现对复杂空间曲线焊缝的精确3D定位，可解决小批量、多品种、非标准工件焊接的去示教智能化编程，提高焊接精度和质量对于焊接机器人应用领域而言具有非常重要的经济价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及工业机器人焊接应用等先进制造产业技术领域，特别是涉及一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法。

背景技术

工业机器人焊接应用作为工业机器人应用的重要组成部分之一，要求能够在软硬件协同的条件下，运用相关的算法，实现对焊缝的提取并生成机器人运动路径形成机器人系统控制指令进行焊接工作。其中，机器人焊接作业实现方法的有效性、通用性、可扩展性是工业机器人焊接应用的重要评价指标。

传统的焊接作业实现方法可分为人工示教实现和离线编程实现两种，当针对小批量、多品种、非标准工件焊接作业时，这两种实现方法存在以下问题：①焊缝类型多样，人工示教实现和离线编程实现工作量大，代价高；②离线编程方式严重依赖于机器人3维模型

随着对工业机器人焊接应用的安全性、精度、速度要求越来越高，让机器人焊接具有感知能力成为了研究热点。其中，基于线结构光感知的机器人焊接作业实现得到广泛研究，并引起机器人界的关注。线结构光感知可实现对焊件工件的精确3维建模，但常用的基于线结构光感知的机器人焊接作业方法存在以下问题：1)现有传感器扫描焊件方式多用人工示教扫描，对于扫描路径复杂的焊件扫描，人工示教扫描的工作量过大，代价高；2)现有的焊缝提取算法大多是用图像的方法来提取，过程复杂，提取速度与精度低；3)现在的焊件点云模型处理方法大多是处理无序点云，速度慢且丧失了线结构光感知相对于面结构光感知的优势。

发明内容

发明目的：为了克服已有的技术缺陷，解决基于线结构光感知的机器人焊缝提取的速度较低、精度不高问题，特别是针对小批量、多品种、非标准工件焊接作业中示教较多的问题，提供一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法，实现工业机器人焊接作业的有效性、高精度、高速度。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法，包括以下步骤：

(1)确定扫描相关参数，并扫描生成焊件的有序点云模型；

(2)对焊件的有序点云模型进行预处理滤波；

(3)根据预处理后的有序点云模型，在焊缝横截面进行特征提取和定位，得到相应的焊缝点位姿坐标系，组成焊缝点位姿坐标系序列；

(4)根据焊缝点位姿坐标系序列结合焊接作业工艺参数要求形成焊枪位姿坐标系序列；

(5)根据焊枪位姿坐标系序列生成机器人焊接作业运动路径。

进一步的，所述步骤(1)具体为：

(11)设置扫描的起始位姿、扫描间距、扫描方向和扫描次数；

(12)在当前扫描路径点触发线结构光传感器进行一次扫描，得到传感器坐标系下的扫描数据；

(13)将步骤(12)中得到的由传感器坐标系S表示的扫描数据变换到机器人基坐标系B中，变换关系为：