[发明专利]多传感信号融合技术识别90°折线角焊缝交叉点的方法

摘要

本发明提供了一种基于多传感信号融合技术识别90°折线角焊缝交叉点的方法，所述方法包括：建立了焊枪相对于焊缝位姿的数学模型，设计了基于焊枪沿着焊接方向倾角变化特征识别出交叉点的方法，基于路径规划判断交叉点所处位置范围的方法，发明了基于多传感信号融合技术识别交叉点的方法和基于多传感信号融合技术识别交叉点时识别精度的检测方法；通过本发明所述一种基于多传感信号融合技术识别90°折线角焊缝交叉点的方法，可提高90°折线角焊缝交叉点识别的稳定性、准确性和快速性，有助于实现90°折线角焊缝的机器自主焊接，可提高机器人对工厂恶劣环境的适应能力，使研究的焊接机器人能被应用到生产实际中，解决实际工程问题，产生经济效益。

主权项

1.一种基于多传感信号融合技术识别90°折线角焊缝交叉点的方法，其特征在于，所述方法包括：建立了焊枪相对于焊缝位姿的数学模型，设计了基于焊枪沿着焊接方向倾角变化特征识别出交叉点的方法，基于路径规划判断交叉点所处位置范围的方法，发明了基于多传感信号融合技术识别交叉点的方法和基于多传感信号融合技术识别交叉点时识别精度的检测方法；A.所述焊枪相对于焊缝位姿的数学模型为：用焊枪相对于焊缝的焊接偏差e、焊枪高度h、焊枪在竖直面内的倾角α、焊枪沿着焊接方向的倾角β和焊枪自转角度γ描述焊枪相对于焊缝的数学模型，焊枪相对于焊缝位姿的数学模型可表示为F＝(e,h,α,β,γ)；B.所述基于焊枪沿着焊接方向倾角变化特征识别出交叉点的方法包括：焊枪沿着焊接方向倾角的识别，利用模式识别方法识别出交叉点，基于焊枪倾角变化特征识别出交叉点时识别精度的检测方法；所述焊枪沿着焊接方向倾角的识别为：旋转电弧传感器带动电弧顺时针转动，沿着90°折线焊缝的第一条直线焊缝的方向焊接，以电弧旋转最左边的点为中心，在此点两边各取n个点，其中，5≤n≤16，以此2n+1个采样点(i,I_i)中采样电流I_i为纵坐标，采样序号i为横坐标，利用绝对差法进行直线拟合，拟合直线的斜率小于0，表示焊枪沿着焊接方向向后倾斜，斜率绝对值的大小与焊枪沿着焊接方向倾角的大小近似成线性关系，斜率的绝对值越大，焊枪沿着焊接方向倾角的绝对值也越大；拟合直线的斜率为正，表示焊枪沿着焊接方向向前倾斜，斜率的大小表示焊枪倾角的大小；所述利用模式识别方法识别出交叉点为：基于焊枪沿着焊接方向倾角变化特征，利用模式识别方法识别出90°折线角焊缝的交叉点，所述模式识别方法工作原理如下：式中，H_n表示当前焊接点的位置；H₁表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第一段直线焊缝上；H₂表示当前焊接点为90°折线角焊缝的交叉点；H₃表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第二段直线焊缝上；k_n表示当前拟合直线的斜率；k_n‑1表示前一次拟合直线的斜率；当焊接至交叉点时，由于焊缝姿态存在突变，焊枪沿着焊接方向的倾角发生突变，使焊接电流波形发生突变，k_n‑k_n‑1＞0.5表示拟合直线的斜率发生了突变；flag为交叉点标志，当flag的值为0时，表示未识别出90°折线角焊缝的交叉点，当flag的值为1时，表示已经识别出了90°折线角焊缝的交叉点；C.所述基于路径规划判断交叉点所处位置范围的方法为：焊接至交叉点时，焊枪实际转过的角度θ满足下式，θ_理‑δ＜θ＜θ_理+δ式中，θ表示焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，焊枪绕转动中心点实际转过的角度；θ_理表示焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，焊枪绕转动中心点转动的理论角度；δ为角度裕量，表示焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，由于实际的90°折线角焊缝并不是90°，机器人轮子存在打滑等原因，焊枪实际转过的角度与焊枪理论转过角度的最大差值；D.所述基于多传感信号融合技术识别交叉点的方法为：在三个维度方向研究焊接电流波形的变化，并识别出焊枪相对于焊接坡口的位姿；当前焊接点为交叉点的总置信度σ(n)满足下式，式中，σ(n)为当前焊接点为交叉点的总置信度，a(n)为基于干伸长变化特征识别出交叉点的置信度，b(n)为基于焊枪倾角变化特征识别出交叉点的置信度，c(n)为基于焊接偏差变化特征识别出交叉点的置信度，d(n)为基于轨迹规划确定交叉点位置范围的置信度，当焊枪转过的角度大于θ_理‑10°，且小于θ_理+10°时，d(n)的值为1，否则为0；b(n‑1)为前一次基于焊枪倾角变化特征识别出交叉点的置信度，c(n‑1)为前一次基于焊接偏差变化特征识别出交叉点的置信度，η和μ为权重系数，表示前一次基于焊接偏差变化特征识别出交叉点的置信度对当前基于焊枪倾角变化特征识别出交叉点的影响，同理，表示前一次基于焊枪倾角变化特征识别出交叉点的置信度对当前基于焊接偏差变化特征识别出交叉点的影响。