基于激光跟踪的管道焊接机器人跟踪算法研究
(完整word版)激光焊接机器人焊缝跟踪方法
激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法陈智龙120160033摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。
如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。
关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制0引言激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。
在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理［1]。
由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力,我们应依靠国内技术能力,自主创新,在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40%~50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。
人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础,为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序,实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造,实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度［2].由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势,特别是进入上世纪90年代以后,各大汽车厂家都在考虑车身焊接生产线柔性化。
基于十字交叉激光法的机器人TCP校准系统开发
基于十字交叉激光法的机器人TCP校准系统开发
陈照春
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2024(39)1
【摘要】在工业机器人应用于弧焊、点焊、涂胶等接触任务过程中,为实现工具中心点(TCP)位姿误差高效校准,提出基于U形激光测量传感器的TCP非接触式测量系统。
该系统采用十字交叉激光法进行误差模型测量和更新末端工具坐标,实现机器人预设运行轨迹的自动修正,克服了离线编程中因工具坐标系发生偏移而导致的焊接质量的不确定性。
系统通过TCP校准程序测量TCP与机器人末端法兰中心的相对位置,校准结果重复精度优于0.6077 mm,验证测量结果的准确性和运动轨迹精度。
【总页数】5页(P79-83)
【作者】陈照春
【作者单位】福建省特种设备检验研究院国家特种机器人产品质量检验检测中心(福建)
【正文语种】中文
【中图分类】TP24
【相关文献】
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4.基于工
业机器人TCP技术应用与校准的探索与实践5.基于激光内送粉的十字交叉结构熔覆成形工艺研究
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移动式焊接机器人焊缝跟踪控制研究_柳长春
移动式焊接机器人焊缝跟踪控制研究柳长春 郑军 吴峰 潘际銮 （清华大学机械工程系，北京100064）摘要：针对在工业中有广泛应用前景的移动式焊接机器人，建立了机器人的数学模型，并根据工作情况，对其进行了简化处理，在此基础上，设计了控制器，并用李雅普诺夫直接法证明了该控制器的全局一致收敛性。
对于弯曲焊缝跟踪问题，提出采用双线激光视觉传感器检测机器人位置偏差和姿态角偏差，基于姿态角偏差的变化率，在线估计参考角速度的值。
仿真和机器人运动实验验证了该控制方法的有效性。
关键词：移动焊接机器人 焊缝跟踪 李雅普诺夫方法 双线传感器0前言焊接机器人是实现自动焊接的方法之一,已成为焊接自动化一个新的发展方向和研究热点[1]。
移动式机器人具有机构简单、适应性强、能够在非结构环境下进行作业等特点，具有很好的应用前景[2]。
焊缝跟踪效果直接影响着机器人自动焊接的质量。
作为一类典型的非完整系统，移动机器人的路径跟踪近年来引起了科研工作者的重视。
Kanayama 等人采用动态反馈线性化方法获得指数收敛的跟踪控制率，该方法具有阶数高和闭环系统有奇异点的不足[3]。
文献[2, 4]采用backstepping方法，设计了控制器，该控制器具有阶数低的优点，然而，控制器结构复杂，所需反馈量在工程中难以获取。
此外，还有学者研究了模糊控制在机器人路径跟踪中的应用，模糊控制虽然可以实现较大范围的有效跟踪，但模糊控制器性能受人为因素影响很大。
本文对一类新型的，具有四自由度，受非完整约束的焊接机器人，建立其运动模型，设计了焊缝跟踪控制器，并采用李雅普诺夫方法证明了该控制器可以实现跟踪误差的全局收敛，进行了仿真和机器人实验，验证了该方法的有效性。
1 机器人运动学模型机器人结构如图1所示：图 1机器人结构示意图机器人由车体，焊枪，十字滑块组成，焊枪通过十字滑块与车体连接，具有横向自由度，速度为u，图中，t表示焊枪前端，位姿坐标为(,,)Tx y θ，v 表示车体几何中心线速度，w 表示车体角速度。
激光跟踪式无导轨焊接机器人及其焊缝位置识别系统研究
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管内移动机器人示踪定位技术
2023-11-11
contents
目录
• 引言 • 管内移动机器人技术概述 • 示踪定位技术原理 • 实验与分析 • 技术展望与未来发展趋势 • 结论与贡献
01
引言
研究背景与意义
背景介绍
随着管道运输的发展，管道机器人技术在石油、天然气等管 道中的应用越来越广泛，而示踪定位技术是管道机器人精确 定位的于理论的预测模型
根据无线电传播理论和经验公式，可以预测管内无线电信号的传播损耗。
基于实测数据的预测模型
通过采集大量实际测量数据，利用机器学习算法训练预测模型，可以更准确地预 测信号传播损耗。
接收信号强度指示器（RSSI）测量原理
RSSI定义
RSSI是指接收机接收到无线电信号的功率水平，通常用分贝（dB）表示。
06
结论与贡献
研究成果总结
实现了高精度定位
01
通过采用先进的定位算法和传感器技术，实现了在管内复杂环
境下的高精度定位。
证明了示踪定位技术的可行性
02
通过对实际场景的测试和验证，证明了管内移动机器人示踪定
位技术的可行性和优越性。
分析了误差来源和优化方法
03
通过对定位误差的分析和实验，找出了影响定位精度的主要因
与云计算技术的结合
通过云计算技术，实现大规模数据的存储和分析，为机器人的决策 提供更准确的数据支持。
与虚拟现实技术的结合
利用虚拟现实技术，实现机器人运行环境的虚拟化，方便进行远程 操控和调试。
在其他领域的应用探讨
管道检测和维护
利用管内移动机器人进行管道检测和维护， 提高工作效率和安全性。
灾难救援
在灾难发生后，利用管内移动机器人进入受 灾区域进行救援工作，提高救援效率。
弧焊机器人激光焊缝跟踪系统的应用研究
第25卷第3期湖南科技大学学报(自然科学版)2010年9月Jour na l of H un an U ni ver si t y of Sci ence&T echnol ogy(N at ur al Sci ence E di t i on)V01．25N o．3 Sept．2010弧焊机器人激光焊缝跟踪系统的应用研究刘凌云，钱新恩(湖北汽车工业学院电气与信息工程学院，湖北十堰442002)摘要：焊缝自动跟踪是实现焊接自动化的关键，在传统孤焊机器人系统的基础上设计了一种基于激光传感器的焊缝跟踪子系统，构建了激光传感器的数学模型及机器人手眼标定方法，并针对搭接焊缝的图像特点，提取出焊缝特征点位置坐标．同时设计开发了焊缝跟踪控制算法和机器人焊缝跟踪程序，最后通过对储气罐环形搭接焊缝进行焊接实验，结果证明了该焊缝跟踪系统的有效性和可靠性．关键词：孤焊机器人；激光；视觉传感器；焊缝跟踪中图分类号：TP242．2文献标识码：A文章编号：1672-9102(2010)03-0063—04。
弧焊机器人大多为可编程的示教再现机器人．这种机器人可以在其工作空间内精确地完成示教的操作．在施焊过程中，若焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量．但是，由于各种因素的影响，实际的焊接条件经常发生变化．例如，由于坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等影响会使焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至失败．因此，焊接条件的这种变化要求弧焊机器人能够实时检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性【l J．精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键，它是实现焊接过程自动化的重要研究方向．目前，用于焊缝跟踪的非接触式传感器主要有电磁传感器、光电传感器、超声波传感器、红外传感器及C C D视觉传感器等．由于视觉传感器所获得的信息量大，结合计算机视觉和图像处理的最新技术成果，能极大的增强弧焊机器人的外部适应能力，因此视觉传感器被认为是最有前途的焊缝跟踪传感器哆针对某公司商用车储气罐的机器人焊接，提出了一套基于激光焊缝跟踪的弧焊机器人系统，并对该系统的数学模型、手眼标定方法、焊缝位置识别算法进行了研究，设计了跟踪控制算法和机器人跟踪应用程序．1系统结构在本课题中采用的技术平台为M ot om an公司的U P6型焊接机器人，该机器人系统包括有M ot om an—U P6工业机器人本体，Y A SN A C—X R C控制柜、M ot ow e l d一$350焊机以及相关的外部设备(机器人供电系统、双轴变位机、送丝机构等)．在此基础上，增加了一套激光图像传感子系统，用于实际焊缝位置偏差的监测．其系统结构框如图1所示．斤制磊莩荔莛蓦釜斟接‘；21黪机酬传动与执行臂p焊j巨I广M配各轴转动量r1驱动器r M8”’”“1r7矧五五力；k缝搜索、i机器人运动控制器：蛐登l惭酽高图甓粤野|| }。
焊接机器人文献综述
焊接机器人文献综述关节机器人对基于视觉反馈控制的激光焊接的焊缝追踪摘要：激光焊接对于机器人轨迹精度有相当高的要求。
为了提高机器人激光焊接时的动态轨迹精度，人们基于立体视觉反馈控制的原理提出一种新的三维焊缝追踪的方法。
这种方法建立了一种可视反馈控制系统，在该系统中有两个集中于一点的相机被安装在工业机器人的后面。
人们建造了一种具有坐标系统的工具以便把机器人最终环节的位置转移到该工具上。
人们提出了一种GPI 转移方法，这种方法是利用双目望远镜可视技术和一种逐行选配的修改法则来计算激光焦点和焊缝的位置，它使得激光焦点和焊缝之间的动态轨迹错误可以计算出来。
人们最终控制机器人的移动，并且在机器人运动学的基础上尽可能减少运动轨迹的错误。
实验结果表明，这种方法能有效改善用于激光焊接的工业机器人的运动轨迹的精度。
关键词：工业机器人，视觉反馈，焊缝跟踪，轨迹精度。
1 引言目前，卖给客户的关节机器人仅仅能够保证位置精度而不能保证运动轨迹。
然而，随着制造加工业的发展，一些高速和高精度的工作，例如激光焊接和切割，对轨迹精度有十分高的要求。
此外，在严格地结构化环境下目前的工业仅能够在预定的命令下移动，这限制了他们的应用范围。
人们提出了许多研究计划来改善机器人在人们所认识的环境下的能力。
作为一个重要的测量方法，视觉对改善工业机器人在人们所认识的不同的环境下的能力起着重要作用。
参照文献［1］，人们以位置为基础建造了一种具有可视伺服系统的工业机器人，并且提出了一种运算法则，当事先知道物体一些特征点的距离时，利用这种法则就可以用一台照相机估计出物体的位置和外形。
参照文献［2］，基于eye-in-hand的可视伺服结构，物体的平面移动轨迹实现了一种eye-on-object的方法。
参照文献［3］，有这样一个问题：机器人最终环节的真实位置与人们用空间路径规划和图像基础控制的方法所预期的位置相差很远。
参照文献［4］，人们开发了一种工业火焰跟踪系统来切割视觉上的平面图形。
机器人焊缝跟踪标定方法
机器人焊缝跟踪标定方法我折腾了好久机器人焊缝跟踪标定方法，总算找到点门道。
说实话，这事儿一开始我也是瞎摸索。
我就知道，要让机器人能精确地沿着焊缝走，这个标定可太重要了。
最开始我觉得，这肯定就是把机器人的一些参数按照手册上给的标准值设好就行了呗。
我就对着那手册一阵摆弄，给机器人的视觉系统设置各种分辨率啊，对焦距离之类的参数，可搞完后发现，机器人追踪焊缝的时候，那轨迹歪得不像样。
后来我又想，会不会是坐标的问题呢？于是我就开始尝试去标定焊接工作区域的坐标。
我在工作台上到处找参考点，拿了个尺子量来量去的，还做记号，就像小时候做手工课一样认真。
那时候我就觉得，这每一个点就像地图上的宝藏位置，要精确定位才行。
我把这些点的坐标值输入到机器人系统里面，本以为这次行了，结果呢，机器人开始焊接的时候还是有些偏差。
又有一次，我就想是不是得根据焊缝的类型来标定啊。
我就找了不同形状的焊缝来试验，像那种直线焊缝我就觉得好标定一点，我先让机器人沿着焊缝大概扫描一次，就好像是个士兵先探探路一样，然后根据这个扫描结果来调整标定参数。
可是遇到那种弯弯扭扭的焊缝就不行了，那些参数感觉完全乱套了。
不过我没有放弃，还继续捣鼓。
后来我发现，在考虑所有外在因素之前，必须要先保证机器人传感器是干净准确的。
有时候传感器上有一点灰尘或者小划痕，就会让采集的数据出现大偏差。
就像你的眼睛被灰尘眯住了，看东西肯定不清楚。
我就开始每次标定之前，都仔细清理传感器，然后再进行下面的步骤。
还有就是对于robots 的运动学模型必须要非常清楚。
我一开始根本没重视这一点，以为只要把传感器和外部参数调好就行了。
后来我专门花时间去研究机器人各个关节的运动范围和可能出现的误差。
这就像你要知道一个人的手脚能伸展到什么程度，动作的时候可能哪里会失误一样。
我根据这个运动学模型重新精确校准了一些基础参数之后，总算在焊缝跟踪标定上取得了一点成功。
之后再慢慢调整和优化其他的参数，像视觉系统里图像识别的对比度、亮度这些参数，也和标定有重要关系。
基于激光视觉的焊缝跟踪系统方案
基于激光视觉的焊缝跟踪系统一、焊缝自动跟踪系统构成基于激光视觉传感,具有主动性、非接触、能获取物体的三维信息、灵敏度精度高、抗电磁场干扰能力强等优点,被认为是焊缝检测的主要发展方向。
线激光法是一种直接获取深度图像的方法,它可以获取焊缝的二维半信息。
基于激光视觉的焊缝跟踪系统如图1所示，主要有3个组成部分，分别是视觉传感、图像处理和跟踪控制。
CCD摄像机垂直对准工件,激光器倾斜布置，激光器打出的激光,经柱透镜形成一光片照射到工件上形成一条宽度很窄的光带。
当该光带被工件反射或折射后,经滤光片保留激光器发出的特定波长的光,而滤除其他波长的光,最后进入CCD摄像机成像。
由于坡口各处与工件在垂直方向深度不同,故从垂直工件的方向看去,反射光成一折线,折线反映了光纹中心与焊缝坡口中心的三维位置关系。
计算机对采集图像进行图像预处理，减少图像中的噪声污染，并加强焊缝特征信息信号，通过一定的算法提取焊缝特征点，得到焊缝与电弧偏差。
此偏差作为跟踪控制系统的输入条件，依据控制算法进行处理，最后获得驱动信号控制焊炬运动，实现焊缝跟踪过程实时控制。
图1 系统构成二、焊缝自动跟踪硬件设计1.激光器在本系统中决定采用半导体激光器。
半导体激光器是以半导体为工作介质，具有超小形、高效率、结构简单、价格便宜、工作速度快、波长范围宽等一系列优点。
本视觉系统中采用的激光器是红光一字线激光器，由点激光二极管发光通过一柱透镜变换成直线形的激光条纹。
有文献通过测量MIG焊弧光的光谱范围，提出弧光的范围为150～970nm。
通过比较弧光波长与普通激光二极管波长，认为弧焊传感器中所用激光二极管的中心波长最好为467nm，594nm，610nm，632nm和950nm。
从而可选择适当波长的激光感器以减少弧光对激光的干扰。
参考多篇文献，本系统选用弧光干扰最小中心波长650 nm的条形半导体激光器。
2.摄像头CCD和滤光片本系统采用面阵型CCD工业摄像头，主要考虑其性能稳定，工作可靠的特点，要求CCD 尺寸1/3"，帧率25fps以上。
基于激光跟踪仪的机器人运动学参数标定方法讲解
第 40卷第 2期 2007年 2月天津大学学报 Journa l of T i a n ji n Un i versity Vol . 40 No . 2Feb . 2007收稿日期 :2006203210; 修回日期 :2006209206.基金项目 :天津市应用基础研究重点资助项目 (05YFJZJC01700 .作者简介 :叶声华 (1934— , 男 , 中国工程院院士 , shhuaye@tju . edu . cn .基于激光跟踪仪的机器人运动学参数标定方法叶声华 , 王一 , 任永杰 , 李定坤(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室 , 天津 300072摘要 :工业机器人的连杆参数误差是影响其绝对定位精度的最主要因素 , 为改善机器人的绝对定位精度 , 借助了高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量仪器———激光跟踪仪 , 以及功能强大的 C AM2M easure 4. 0配套软件 , 从机器人自身的运动约束出发 , 构建起实际的 D 2H 模型坐标系 , 进而对运动学参数进行了修正 , 获得了关节变量与末端法兰盘中心位置在基坐标系下的准确映射关系 . 结果表明 , 400/0以上 , 且该方法易于实现 , 通用性强 , 能明显改善精度 .关键词 :工业机器人 ; 绝对定位精度 ; 激光跟踪仪 ; D 2H 模型 ; 中图分类号 :TP243. 2文献标志码 :A 02li ti c Param eters sed on La ser Tracker YE Sheng 2hua, WANG Yi, RE N Yong 2jie, L ID ing 2kun(State Key Laborat ory of Precisi on Measuring Technol ogy and I nstru ments, Tianjin University, Tianjin 300072, ChinaAbstract :L ink parameter err ors of the industrial robot contribute t o the most influence on its accuracy . I n or 2der t o i m p rove the accuracy of the robot, a laser tracker, which can i m p lement highly accurate measurement and abs olute distance measurement (ADM , as well as the corres ponding CAM2Measure 4. 0s oft w are were em 2p loyed . Based on the movements constrain of the r obot itself, the actual D 2H model coordinate frames were re 2built . Accordingly, the kinematic parameters were identified and p recise mapp ing from the joint variables t o the center positi on of the end 2effector in the base frame was obtained . Results show that mean error and r oot mean sguare err or are i mp r oved more than 400/0. The p roposed calibrati on method is p ractical and generic . In addition, it can achieve better accuracy .Keywords :industrial robot; abs olute accuracy; laser tracker; D 2H model; movements constrain工业机器人的运动精度对于它在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用 . 机器人各连杆的几何参数误差是造成机器人定位误差的最主要环节 , 它主要是由于制造和安装过程中产生的连杆实际几何参数与理论参数值之间的偏差造成的 , 一般被视为系统误差 . 除此之外 , 其他影响因素还包括由环境 (例如温度的变化、对运动参数的不确切认知、齿轮传动误差以及由于负重、应力和磨损等引起的机械变形误差等等 , 这些一般被视为随机误差 . 机器人的重复性精度只与随机误差有关 , 可以保证在 0. 1mm 以下 ; 绝对定位精度与系统误差有关 , 可以达到 2~3mm , 甚至更大 [1]. 国内外的许多学者就机器人运动学参数识别和标定问题进行了大量研究 [2— 8]. 通常采用的方法是先建立适当的运动学模型 , 然后精确测量几组位姿 , 接着推导参数识别算法或建立机构误差模型 , 最后获得实际模型参数并运用正向运动学求解真实位姿 [9]. 最近 , 世界著名工业机器人生厂商 ABB 公司运用了莱卡激光跟踪仪以保证其产品的精度 . 使用激光跟踪仪标定机器人不再需要其他的测量工具 , 从而也就省去了标定测量工具的繁琐工作 ; 同时 , 这一方法是对机器人的各个运动学参数进行修正 , 结果会使机器人在整个工作空间内的位姿得到校准 , 而不会像用迭代求解的方法那样 , 只是对某些测量姿态进行优化拟合 , 可能会造成在非测量点处残留相对较大的误差 ; 再者 , 随着机器人的机械磨损 , 机器人的运动学参数需要重新标定 , 而激光跟踪仪测量系统配置起来简单 , 特别适合于工业现场标定 . 正是鉴于以上优点 , 笔者采用激光跟踪仪作为测量工具去修正机器人的运动学参数 .1机器人模型的建立标定对象是 ABB 公司生产的 6自由度 I RB2400/10型串联机器人 , 测量工具是 F ARO 公司的 X i 型激光跟踪仪 , 该仪器测量绝对距离的精度为10μm +0. 4μm /m. D 2型 [10]. 为遵从这一模型 , (1 确定 z i 轴 . z i i 1的轴向 .(2 O i . :O i 在过 z i -1和 z i 轴的公法线上 .(3 确定 x i 轴 . 基本原则是 :x i 轴过 z i -1和 z i 轴的公法线方向 , 从 z i -1指向 z i .(4 确定 y i 轴 . 基本原则是 :y i =z i ×x i , 使坐标系为右手坐标系 . 这样就能建立起如图 1所示的坐标系系统.图 1机器人的 D 2H 模型坐标系F i g . 1 D 2H coord i n a te fram es of the robotD 2H 参数的定义如下 :杆件长度 a i 定义为从 x i -1到 x i 的距离 , 沿 x i 轴指向为正 ; 杆件扭角αi 定义为从 z i -1到 z i 的转角 , 绕x i 轴正向转动为正 , 且规定αi ∈ (-π, π];关节距离 d i 定义为从 x i -1到 x i 的距离 ,沿 z i -1轴指向为正 ; 关节转角θi 定义为从 x i -1到 x i 的转角 , 绕 x i -1轴正向转动为正 , 且规定θi ∈ (-π, π].有了这样的定义 , 可以得到相邻关节之间的齐次坐标变换矩阵[10]为i -1A i =Trans z (d i Rot z (θi Trans x (a i Rot x (αi =c i -c αi s i s αi s i a i c is ic αi c i -s αi c ia i s i 0s αi c αi d i1i =1, 3, 4, 5, 6然而 , 当相邻 2根轴线平行或近乎平行时 , 末端法兰盘的位置误差并不能通过修正 D 2H 参数来消除 . 为了避免这种数值不稳定的奇异性 , 再引入一个绕 y 轴的转角参数 , 记作β[11].i -1A i =Trans z (d i Rot z (θi Trans x (a i Rot x (αi ・Rot y (βiy (i =ii 10-sin βi0cos βii =2最后 , 根据正向运动学求解可以得到末端法兰盘坐标系到机器人基坐标系的坐标变换矩阵 0A 6=A 11A 22A 33A 44A 55A 6.2标定原理与数据测量机器人标定的目的是提高其绝对定位精度 , 也就是确定从关节变量到末端执行器在工作空间内真实位置的更为精确的函数关系 . 在本文中 , 实际模型参数的获得是通过建立真实的机器人 D 2H 坐标系实现的 , 其中的关键任务是确定机器人各根转轴的相互位置 . 一个点绕不经过它的直线旋转一周后 , 会在空间内形成一个圆周轨迹 , 圆周所在的平面与轴线垂直且圆心位于轴线上 . 据此 , 令机器人的某一根轴从零位位姿开始作步进转动 , 并保持其余 5根轴不转动 , 这样 , 各个姿态时的法兰盘中心点就位于同一条圆弧上 , 那么过该圆弧圆心且与圆弧所在平面垂直的直线方向 (或是相反方向就是转动轴的轴线方向 . 考虑到各种噪声的混入 , 采取最小二乘法拟合圆弧及其所在平面 . 为了减小噪声的影响 , 应该测量尽可能多的目标点 . 测量时 , 激光束会遇到机器人本体的阻挡 , 所以在末端关节上增加了辅助支架以扩大测量范围 . 该支架的引入只会造成旋转半径的变化 , 而不会影响到轴线位置的确定 . 因此 , 支架只要具有一定刚性 , 并通过简单的螺纹装配即可 , 并无其他设计和精度上的要求 . 同时 , 轴 4和轴6的圆弧半径显著增大 , 减小了扰动对测量结果的影响 .测量过程中还需要注意 3个问题 . 第一 , 轴 1会影・302・ 2007年 2月叶声华等 :基于激光跟踪仪的机器人运动学参数标定方法响到基坐标系原点的确定 , 作用尤为重要 , 所以应尽量使轴 1能够转动出整个圆周轨迹 ; 解决方法是调整机器人姿态 (而不是相对于零位位姿 , 使轴 1可以转动 ±180°. 第二 , 由于四杆机构的存在 , 轴 2的转动会使得轴 3也相应转动 , 从而将轴 3的误差带入到测量结果 ; 为了解决这一问题 , 可以在连杆 2上牢固地胶粘一个靶标球座 , 并将靶标球置于其上 , 这样测量结果中就不再包含轴 3的影响 . 第三 , 激光跟踪仪的测量精度与测量距离有关 , 测量距离越大则精度越低 . 所以 , 在保证一定测量范围的同时应尽量减小跟踪仪与机器人间的距离 . 标定现场如图 2所示 . 按照表 1对机器人进行编程、测量 , 共获得 428组数据.图 2实验设备配置F i g . 2 Conf i gura ti on of the exper i m en t a l setup 表 1数据的获得Tab . 1 Da t a acqu i re m en t序号范围 /(°递增 /(°测量点数1-180, 1805732-100, 1103713-60, 602614-200, 2005815-120, 1203816-180, 180661在实际操作中 , 除了基坐标系以外 , 所有的中间坐标系都能唯一地确定下来 . 为了确定基坐标系 , 在这里先简要说明一下机器人的装配过程 :先用基准尺构造两个互相垂直的平面 (水平面和竖直面 , 机器人基平面平行于水平面 , 基坐标系 z 轴位于竖直面内 ; 然后在外部工具的帮助下使机器人的各根轴处于横平竖直的姿态 , 此时安装电机编码盘并调零 , 且认为这时的姿态就是零位姿 , 以后的电机转动都以编码盘读数为准 ; 最后以基坐标系 z 轴与基平面的交点为坐标原点 , 由坐标原点指向法兰盘中心在基平面上投影点的直线方向为 x 轴的方向 . 由此 , 按照以下步骤确定基坐标系 .步骤 1确定基平面 . 直接使用靶标球对机器人的安装平面进行测量 , 尽可能在平面上分布地多取些点 , 以获得平面的真实面貌 . 由于安装平面并不与基平面重合或是平行 , 可以多测量几组 , 然后挑选出最佳的一组作为基平面 . 步骤2确定基坐标系的原点 . 轴 1与基平面的交点作为基坐标系的原点 . 步骤 3确定基坐标系 x 轴的方向 . 因为机器人的重复性定位精度很高 , 所以在建模时也按照机器人在装配时定义 x 轴的方法那样确定 x 轴方向 .3 , 利用 CAM2Measure 4. , 拟2所示 , 修正前后运动学参数的对比见表 3和表 4. 表 2平面和圆弧的拟合误差Tab . 2 Pl ane and arc f it errors on m ea sured da t a mm序号平面拟合误差弧度拟合误差10. 02990. 031820. 00870. 036630. 02630. 029440. 01370. 008650. 01220. 030860. 01250. 0271基平面0. 1206表 3 D 2H 参数的名义值Tab . 3 No m i n a l k i n e ma ti c param eters序号a i /mmαi /(°d i /mmθi /(°βi /(°1100-906150270500-9003135-90004090755050900180685・402・天津大学学报第 40卷第 2期表 4 D 2H 参数的修正值Tab . 4 I den ti f i ed k i n ema ti c param eters序号a i /mmαi /(° d i /mmθi /(° βi /(° 1100. 050-90. 010614. 7150. 001 2705. 554-0. 0200. 003-90. 060-0. 03 3135. 456-89. 99000. 02040. 15690. 017754. 918-0. 01050. 11089. 980-0. 102179. 96060. 0300. 01084. 940-0. 010注:β2 为 z1到 z2轴的转角 , 绕 y1轴正方向为正 .为了对修正结果进行验证 , 又另外随机测量了 30个点 , 由表 5可以看出 , 标定之后平均误差较之前改善了 41. 870/0,均方根误差改善了 42. 440/0. 这里的均方根误差e RM S =∑mi =1(pr-p n 2i(m =30 , p r际坐标向量 , pn5Tab . 5 Va li da ti of the ca li bra ti on result mm 验证参数标定前标定后 (不带β参数标定后 (带β参数最大误差 1. 711. 330. 99平均误差 1. 060. 910. 62均方根误差 1. 160. 960. 664结语通过参数所起的作用进一步证明了将其引入的必要性 , 而且在进一步的工作中可以尝试再次引入其他模型参数 , 如沿 y 轴方向的平移参数 , 以期待有更加满意的标定效果 . 同时也可以看出 , 由于基平面的测量是通过安装平面的测量间接实现的 , 而安装平面并没有达到精加工的程度 , 故相比之下拟合误差比较大 , 有望提高安装平面的加工水平或是采取新的测量方法以减小基平面的拟合误差 .参考文献 :[1]韩翔宇 , 都东 , 陈强 , 等 . 基于运动学分析的工业机器人轨迹精度测量的研究 [J ].机器人 , 2002, 24(1 :12 5.Han Xiangyu, Du Dong, Chen Q iang, et al . Study of mea 2sure ment of traject ory p recisi on f or industrial r obot based on kinematics analysis[J ].R obot, 2002, 24(1 :125(in Chi 2 nese .[2] Gong Chunhe, Yuan J ingxia, N i Jun . Nongeometric err or identificati on and compensati on f or r obotic syste m by inverse calibrati on [J ].International Journal of M achine Tools & M anufacture, 2000, 40(14 :211922137.[3]刘振宇 , 陈英林 , 曲道奎 , 等 . 机器人标定技术研究 [J ].机器人 , 2002,24(5 :4472450.L iu Zhenyu, Chen Yinglin, Qu Daokui, et al . Research on r obot calibration[J ].Robot, 2002, 24(5 :4472450(in Chi 2 nese .[4] Motta J M S T, de Carvalho G C, M c Master R S . Robot ca 2 librati using a 3D visi on ment syste m with a single J Integrated M anu 2[m er C E, Horning R J, et al . Calibra 2 a Mot oman P8r obot based on laser tracking [C ]∥ Proceedings of the 2000IEEE International Conference on Robotics &A uto m ation . San Francisco, C A, 2000:35972 3602.[6] Bai Ying, Zhuang Hanqi, Roth Zvi S . Experi m ent study of P UMA r obot calibrati on using a laser tracking syste m [C ]∥ Proceedings of the 2003IEEE InternationalW orkshop on Soft Co m puting in Industrial A pplications . B ingha m t on, New York, 2003:1392144.[7]张建忠 . 机器人连杆参数的视觉标定 [J ].制造业自动化 , 2004,26(11 :32234.Zhang J ianzhong . V isual de marcating f or link para meters of a r obot[J ].M anufacturing A uto m ation, 2004, 26(11 :322 34(in Chinese .[8] Gursel A lici, B ijan Shirinzadeh . A syste matic technique t o esti m ate positi oning err ors for r obot accuracy i m p r ove ment using laser interfer ometry based sensing[J ].M echanis m and M achine Theory, 2005, 40(8 :8792906.[9] Roth Zvi S, Mooring Benja m in W , Ravanil Bahra m. An overvie w of r obot calibrati on [J ].IEEE Journal of R obotics and A uto m ation, 1987, RA 23(5 :3772385.[10] Denavit J, Hartenberg R S . A kine matic notati on f or l ower 2 pair mechanis m s based on matrices[J ].Journal of A pplied M echanics, 1955, 22(2 :2152221.[11] Hayati S A. Robot ar m geometric link para meter esti m ati on [C ]∥Proceedings of 22th IEEE D ecision and Control Confe 2 rence . San Ant oni o, T X, US A, 1983:147721483.・ 5 0 2・2007年 2月叶声华等 :基于激光跟踪仪的机器人运动学参数标定方法。
基于激光视觉传感器的机器人实时焊缝跟踪方法
第５１卷 第４期 激光与红外Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．４ ２０２１年４月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＡｐｒｉｌ，２０２１ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２１）０４ ０４２１ ０７·激光应用技术·基于激光视觉传感器的机器人实时焊缝跟踪方法陈新禹，张庆新，朱琳琳，胡 为（沈阳航空航天大学自动化学院，辽宁沈阳１１０１３６）摘 要：为实现变姿态焊接过程的实时焊缝跟踪，提出基于机器人坐标系下绝对焊缝轨迹的实时跟踪算法。
将线式激光传感器安装在机器人的法兰盘上，且位于焊枪运行的前方。
焊接过程中，激光传感器连续采集焊缝位置信息，并结合手眼标定矩阵以及机器人实时姿态，将传感器采集的焊缝坐标转换到机器人基础坐标系下，从而形成空间绝对焊缝轨迹；再根据焊枪的当前位置与焊缝的空间绝对轨迹生成位置偏差。
为了提高计算精度，提出采用三次非均匀有理Ｂ样条进行数据插值和检索；最后，将位置偏差变换到焊枪工具坐标系下进行实时修正。
实验结果表明：该跟踪算法能够实现焊接机器人针对变姿态焊接过程的连续跟踪，跟踪过程平滑光顺，跟踪整体精度优于０ ５ｍｍ。
基本满足焊缝实时跟踪应用的一般要求。
关键词：焊缝跟踪；实时跟踪；样条插值；激光传感器；焊接机器人中图分类号：ＴＰ２４２ ２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２１．０４．００４ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅａｌｔｉｍｅｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇｆｏｒｒｏｂｏｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｖｉｓｉｏｎｓｅｎｓｏｒＣＨＥＮＸｉｎ ｙｕ，ＺＨＡＮＧＱｉｎｇ ｘｉｎ，ＺＨＵＬｉｎ ｌｉｎ，ＨＵＷｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｒｅａｌ ｔｉｍｅｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇｗｈｉｌｅｃｈａｎｇｉｎｇｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈ′ｓｇｅｓｔｕｒｅ，ａｎｏｖｅｌｔｒａｃｋｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎａｂｓｏｌｕｔｅｓｅａｍｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ Ｔｈｅｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌａｓｅｒｓｅｎｓｏｒｉｓｍｏｕｎｔｅｄｏｎｔｈｅｆｌａｎｇｅｏｆｒｏｂｏｔｉｎｔｈｅｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈ Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｌａｓｅｒｓｅｎｓｏｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｃｏｌｌｅｃｔｓｔｈｅｓｅａｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｓｅｎｓｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇｈａｎｄ ｅｙｅｍａｔｒｉｘａｎｄｒｏｂｏｔｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｇｅｓｔｕｒｅｍａｔｒｉｘ，ｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｖａｌｕｅｃａｎｂｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｓｅｎｓｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｏｒｏｂｏｔｂａｓｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｆｏｒｍｅｄｔｈｅａｂｓｏｌｕｔｅｓｅａｍｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉａｔｉｏｎｃａｎｂｅｃｏｍｐｕｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈａｎｄｔｈｅａｂｓｏｌｕｔｅｓｅａｍｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｃｕｂｉｃｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｒａｔｉｏｎａｌＢ ｓｐｌｉｎｅｓｉｓａｄｄｒｅｓｓｅｄ；ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉａｔｉｏｎｉｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｔｏｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈｔｏｏｌｆｏｒｒｅａｌ ｔｉｍｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｏｖｅｌｓｔｒａｔｅｇｙｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｍｏｏｔｈｌｙｔｒａｃｋｉｎｇｗｈｉｌｅｃｈａｎｇｉｎｇｔｏｒｃｈ′ｓｇｅｓｔｕｒｅｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｉｔｓｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ０ ５ｍｍｗｈｉｃｈｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇ；ｒｅａｌ ｔｉｍｅｔｒａｃｋｉｎｇ；ｓｐｌｉｎｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒｓｅｎｓｏｒ；ｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔ基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎｏ．６１５０３２５６）；辽宁省自然科学基金联合基金项目（Ｎｏ．２０１５０２００６１）资助。
一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法[发明专利]
![一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/779c08b3d5d8d15abe23482fb4daa58da0111c83.png)
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510058586.1(22)申请日 2015.02.04B23K 9/127(2006.01)B23K 9/095(2006.01)(71)申请人北京石油化工学院地址102600 北京市大兴区黄村清源北路19号申请人唐山开元焊接自动化技术研究所有限公司(72)发明人朱加雷 徐世龙 焦向东 李卫强马正住(74)专利代理机构北京凯特来知识产权代理有限公司 11260代理人郑立明 郑哲(54)发明名称一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法，该系统包括：激光跟踪仪及配套的靶球、工业焊接机器人、焊接电源及电弧跟踪模块；该靶球与工业焊接机器人最前端的焊枪夹持机构固定连接，该工业焊接机器人与焊接电源及其电弧跟踪模块相连，该激光跟踪仪固定放置在离该靶球一定距离处；激光跟踪仪实时跟踪和测量靶球的位置信息，根据靶球的位置信息以及预先设定的工业焊接机器人前端焊枪的示教运动轨迹与待焊坡口实际位置之间的偏差值及跟踪功能开启情况，获得电弧跟踪精度以及跟踪策略调整信息。
通过本发明的方法，可获得电弧跟踪精度、跟踪调整速度以及可调整范围的数据信息，为工业机器人、焊接专机和焊接电弧跟踪模块的开发及完善等提供试验和理论分析基础。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书6页 附图2页(10)申请公布号CN 104646799 A (43)申请公布日2015.05.27C N 104646799A1.一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统，其特征在于，该系统包括：激光跟踪仪(1)及配套的靶球(2)、工业焊接机器人(4)、焊接电源(8)及集成在该焊接电源(8)中的电弧跟踪模块(7)；该靶球(2)与工业焊接机器人(4)最前端的焊枪夹持机构固定连接；该工业焊接机器人(4)与焊接电源(8)及其电弧跟踪模块(7)相连；该激光跟踪仪(1)固定放置在离该靶球(2)一定距离处；激光跟踪仪(1)实时跟踪和测量靶球(2)的位置信息，根据靶球(2)的位置信息以及预先设定的工业焊接机器人(4)前端焊枪(5)的示教运动轨迹与待焊坡口实际位置之间的偏差值及跟踪功能开启情况，获得电弧跟踪精度以及跟踪策略调整信息。
焊接机器人路径规划与优化算法研究
焊接机器人路径规划与优化算法研究近年来，随着自动化、人工智能技术的迅猛发展，焊接机器人成为了现代工业制造中不可或缺的设备之一。
而焊接机器人路径规划与优化算法的研究，则是焊接机器人工作效率与质量的重要保障。
一、焊接机器人路径规划的基础焊接机器人路径规划的基础是焊接工艺，其主要是根据焊接工艺参数，确定焊缝位置及尺寸，使得焊接质量优良且工作效率高。
而焊缝的设计则是焊接机器人路径规划的起始点。
一般来说，焊接机器人路径规划分为二维路径规划和三维路径规划。
二维路径规划主要是指平面内的路径规划，而三维路径规划则是指空间内的路径规划，其难度和复杂度远高于二维路径规划。
在焊接机器人路径规划中，常用的算法包括最短路径算法、A*算法、Dijkstra 算法等。
其中最短路径算法是一种基本的寻路算法，它以边为基础而不是点，从一个点到另一个点的最短路径通常会存在多种方案，而最短路径算法正是可以帮助我们找到这些最短路径。
A*算法则是一种较常用的启发式算法，它通过一个估价函数来评估每个节点的优先级，从而得出最优路径。
而Dijkstra算法则是一种贪心算法，它通过一步一步往前推进，找到每一个节点到起点的最短路径。
二、焊接机器人路径规划中的优化算法除了基础的路径规划算法外，研究焊接机器人路径规划的优化算法也是非常重要的。
因为焊接机器人在执行任务时，往往需要在多个考虑因素的情况下进行路径规划。
例如，在任务完成时间内完成最大数量的焊接任务，同时避免工作安全问题和电力浪费等。
在这些相互联系的问题中寻找平衡点是非常重要的。
常用的优化算法包括模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法等。
模拟退火算法是基于物理上的传热思想而发展起来的优化算法，它的基本思想是将一个系统的状态随机地演化一段时间，经过一定的温度序列降温，系统最终达到一个热力学平衡态。
而在求解路径规划问题时，可以将每个状态看作路径节点的不同排列阶段。
随机的状态转移将使得路径节点排列阶段达到更广的范围，从而使优化效果得到大大提高。
基于机器人激光定位的一种改进amcl算法
基于机器人激光定位的一种改进amcl算法基于机器人激光定位的一种改进AMCL算法机器人导航系统中的位姿估计是实现自主移动最关键的部分之一。
AMCL算法是一种常见的基于粒子滤波(Particle Filter)的定位算法，它能够将激光雷达数据和机器人里程计信息结合起来进行位姿估计。
不过，AMCL算法存在一些问题，比如粒子数目影响定位精度、容易出现粒子崩溃等。
因此，在AMCL算法的基础上，对其进行改进，提高定位精度和鲁棒性，是非常有必要的。
本文介绍基于机器人激光定位的一种改进AMCL算法，具体思路如下：1. AMCL算法的流程AMCL算法是一种基于粒子滤波的定位算法，它使用激光雷达数据和机器人里程计信息来估计机器人在环境中的位置。
其算法流程如下：(1) 初始化一组粒子，其中每个粒子代表机器人的一个假设位姿。
(2) 根据地图和机器人传感器信息，计算每个粒子的权重，其中粒子越能解释当前激光雷达数据，权重越高。
(3) 根据粒子的权重，对粒子进行重采样，使得权重高的粒子数量增多，权重低的粒子数量减少。
(4) 利用重采样得到的粒子估计机器人的位姿。
(5) 根据机器人传感器信息和位姿估计，更新粒子的状态。
(6) 返回第2步，重复进行直到满足条件。
2. AMCL算法的问题使用AMCL算法进行机器人定位时，会存在以下问题：(1) 粒子数目。
粒子数目越多，定位精度越高，但是计算复杂度也会增加。
而粒子数目过少，定位精度就会下降。
(2) 粒子崩溃。
当机器人在环境中行进时，由于传感器的误差和障碍物的遮挡等原因，会出现部分粒子的权重越来越低，最终这些粒子的权重将会降为零，称为粒子崩溃现象。
这会导致定位精度下降，并且需要重新初始化粒子以进行定位。
(3) 地图匹配问题。
AMCL算法使用地图进行粒子的权重计算，而地图的准确性对定位精度有重要影响。
如果地图与环境不匹配，会导致定位精度下降。
3. 改进算法思路为了解决上述问题，我们提出了一种基于机器人激光定位的一种改进AMCL算法，改进思路如下：(1) 采用动态粒子数目。
一种焊缝轨迹自主跟踪算法[发明专利]
![一种焊缝轨迹自主跟踪算法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a7cbe65b30b765ce0508763231126edb6f1a76ad.png)
专利名称：一种焊缝轨迹自主跟踪算法
专利类型：发明专利
发明人：娄林林,李哲,杜承宗,王平章,杨昌明,刘渝,王宇,钟雯申请号：CN202110314543.0
申请日：20210324
公开号：CN114434001A
公开日：
20220506
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种焊缝轨迹自主跟踪算法，包括：确定线激光的初始位置；指定方向向量，通过线激光的移动确定机器人初始位置及位置方向；机器人回退到初始位置；沿着确定的新方向重新进行移动，确定线激光的下一位置并进行数据采集；利用采集到的数据对线激光位置进行调整计算，得到线激光修正后的位置；机器人移动到修正位置，并将当前位置作为新的起始位置，重复对焊缝位置的搜索；本发明对焊缝轨迹进行自主跟踪，能够提高机器人焊接的自适应性，显著减少操作人员现场示教和离线编程的工作量。
申请人：西华大学
地址：610039 四川省成都市金牛区土桥金周路999号
国籍：CN
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机器人激光模块焊接跟踪原理
机器人激光模块焊接跟踪原理嘿，咱今儿就来唠唠这机器人激光模块焊接跟踪原理哈。
你想想看，那机器人就跟个不知疲倦的小机灵鬼儿似的，整天在那焊啊焊的。
这激光模块焊接跟踪啊，可就好比是它的一双特别厉害的眼睛，能紧紧盯着焊接的地方，一点儿都不打马虎眼。
就说那焊接的现场吧，火花四溅的，噼里啪啦的，就跟放鞭炮似的，那场面，好家伙，热闹得很呐。
那机器人呢，就稳稳当当地站在那儿，也不怕这火花溅到自己身上。
它身上那激光模块啊，就开始发挥作用啦。
这激光模块会发射出一束细细的激光，就跟那手电筒的光似的，不过可比手电筒的光厉害多啦。
这激光打在要焊接的物件上，就会反射回来一些信息，就跟跟人聊天有来有回似的。
机器人通过接收这些反射回来的信息，就能知道焊接的地方到底是个啥情况。
比如说，要是焊接的缝儿歪了点儿，那机器人就会根据这激光反馈回来的信息，赶紧调整自己的焊接头，就跟咱们人调整拿笔的姿势似的，非得把这焊接的活儿干得漂漂亮亮的。
我跟你说啊，这里头还有个跟踪的事儿。
这跟踪啊，就好比是机器人的导航系统。
它能根据激光模块反馈的信息，一直跟着那焊接的缝儿走，不管这缝儿是直的还是弯的，它都能紧紧跟上，就跟那小狗跟着主人似的，不离不弃。
有时候啊，我就看着那机器人在那一丝不苟地焊接，心里头还挺佩服的。
你想啊，要是没有这激光模块焊接跟踪原理，那机器人焊接起来还不得瞎焊啊，那焊出来的东西估计都没法看。
咱再想想啊，这原理要是用到其他地方，说不定也能发挥大作用呢。
比如说，在修汽车的时候，要是有个小机器人能根据这原理，把那些零部件焊接得严严实实的，那汽车不得更结实啊。
反正啊，这机器人激光模块焊接跟踪原理，真是个神奇的玩意儿，给咱的生活和生产都带来了不少便利呢。
基于激光焊接工艺的现状与进展研究
基于激光焊接工艺的现状与进展研究摘要：本文论述了焊接技术的发展，重点分析激光焊接工艺的基本原理及具体应用，以供参考。
关键词：激光焊接；技术；研究1.序言相较于传统的焊接技术，激光焊接具有能量高度集中，且可调节、不与被焊件接触、焊缝紧密、强度高、焊接效率高等等优点，因此，它被广泛应用于航空航天、航运、汽车等装备行业，并逐渐拓展到更多的材料加工终端。
为了更好地应对未来的生产竞争，世界上主要工业生产国家已制定了现代化生产战略，最著名的是德国工业生产4.0和美国工业互联网。
他们积极推动新的生产政策，促进制造业的技术创新，激光焊接涉及高端装备使用的问题，作为高质量设备技术的重要组成部分。
在激烈的研究和技术开发竞争中，中国已经抓住了顺应潮流的机会，并推出了“中国2025”的生产战略。
可见，激光焊接这种战略先进技术，现代化生产流程已被提上日程。
1.激光焊接缺陷处理激光焊接虽然被广泛使用，但焊接中伴随着一些问题不容忽视，例如焊接期间裂缝，焊接痕迹和飞溅等产生的焊接误差。
许多研究组使用模拟分析和网眼电子显微镜，研究基本光束辐射的影响和菲涅尔吸收效应原理的效果。
高效的激光传输工作表面由于形成闭孔快速蒸发，形成了一个匙孔。
因此，熔池以及小孔所在的菲涅尔吸收效应决定了当前焊接的质量。
湖南大学彭楠翔教授对激光焊接的关键开口和壁画吸收展开大量研究。
结果发现，激光组的总功率密度反映在墙壁上的小孔，不规则性被投放在小孔里的激光反射中。
并且孔底周围的孔壁上面密度要大于上文中提到的密度，这就是控制密度分布的主要原因，对于简单的激光焊接有着一些限制。
例如，不可能在焊接的接触过程中控制着焊接的温度循环，而且当焊接材料是高热敏材质时，易于在焊缝中发现到裂缝。
因此，为了稳定焊接过程，许多科学家研究了双激光焊接。
华中科技大学庞胜永等相关人员利用激光双焦点串联纳米排列方法和其他研究者使用纳米排列激光方法连接，共同研究了匙口的稳定性和熔池还有内部的耦合模型，双激光焊接铝浓度离合器和热盆内螺纹。
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心一致 ， 以实 现偏 差调 整Ｅ ｏ。 ］ ｒ ｑ 通过 比较 不难 发 现 ， 工业 环境 中 ， 在 焊缝 线 结 构光 跟踪 法 优于 无 附加光 源 焊缝 二维 图像 跟 踪 法 。虽 然后 者 可 直 接 摄 取熔 池 图像 ， 存 在 不
境下 ， 接示 教很 困难 口 ］ （ ） 直 。 ２ 离线 编 程技 术 。
边 缘 的检 测 和提取 。而无 附加 光源 焊缝 二 维 图 像 跟踪 的基 本 原理 是 ： Ｃ Ｄ摄 像 机直 接拍 摄 用 Ｃ
熔 池 正上 方 的 图像 ， 后 通 过 区域 分 割 、 波 、 然 滤
具有 操 作 简 单 、 复 性 好 的优 点 ， 有 以下 缺 重 但 点： 要求 操作 者 必须 能在 工作 现场 直 接示 教 ； 对
前 置 传 感滞 后 跟 踪 的问题 ， 是 由于不 采 用外 但
加 光 源 而 直接 利 用 焊 接 电 弧光 ， 然存 在 强 烈 必 的弧光 及杂 光 干扰 ， 图像 有很 大 的干扰 ； 采 对 而 用 外加 直线 激 光束 的 焊缝线 结 构光 跟踪 方法抗 干 扰 能力较 好 。笔 者采 用 的 是 基 于 Ｃ Ｄ 的 结 Ｃ 构 光 法—— 采 用 直 线 激 光 束 投 射 到 焊 接 坡 口
面 ， 纹 随 着 焊 缝 表 面 的起 伏 发 生 相 应 的 变 化 ， 条
力管 道 的安 装环 缝组 装 难 以达到 均 匀一致 的高 精 度 ， 就 要求 全 位 置 自动 焊设 备 能 根 据 坡 口 这
尺 寸 和 偏 差 自动 调 整 焊 枪 位 置 ， 而 实 现 焊 缝 从 的 自动 跟 踪 。
焊缝 跟 踪 技 术 的 优 点 ， 焊 缝 自动 跟 踪 过程 以 及 该 过 程 中前 置 传 感 滞 后 跟 踪 、 时 跟 踪 算 法 等 关 键 技 术 对 实
问 题 进 行 了 深 入 探 讨 。管 道 焊 接 机 器 人 的工 艺 试 验 表 明 ： 算 法 可 有 效 提 高 基 于 激 光 跟 踪 的 管 道 焊 接 该 机器人跟踪精度 。 关 键 词 中图法分类号 激 光 跟 踪 ；管 道 焊 接 机 器 人 ；前 置传 感 ＴＧ ４ ． ４１４
１ ０
北京 石 油化工 学 院学报
２１ ０ ０年第 １ 卷 ８
１ 实 时跟 踪 工 作 原 理 与 系统 结 构
１ １ 实 时 跟 踪 工 作 原 理 ．
上 ， 后 进 行 坡 口边 缘 的 检 测 和 提 取 。 然
的误 差 。 目前 关 节式 机器 人 的定 位指 标 给 出的 都是 重 复 定 位 精度 ， 位 精度 指标 与 重 复 定 位 定
收稿 日期 ： ０ ９ １ ２ ０ — ２ １ ７ ★国 家 ８ ３计划 资 助 项 目， 目号 ：０ ９ ６ 项 ２ ０ ＡＡＯ Ｚ ０ 。 ４ ２８
Ｍ ａ ． ０１ ｒ２ Ｏ
基 于 激 光 跟 踪 的 管 道 焊 接 机 器 黄 军 芬 黄 继 强
（ 京 石 油 化 工 学 院 化 学 工 程 系 ， 京 １２ １ ） 北 北 ０ ６ ７
摘
要
研 究 并 提 出 了 基 于 激 光 跟 踪 的管 道 焊 接 机 器 人 跟 踪 算 法 ， 绍 了 基 于 激 光 跟 踪 的 介
实 际 工 作 过 程 发 生 的 变 化 无 法 做 出 判 断 ， 能 不 自动 调 整 焊 矩 移 动 和 焊 接 参 数 ； 某 些 恶 劣 环 在
增 强 、 界提取 等 步骤 ， 别确 定焊 枪位 置 和焊 边 分
缝 坡 口中心位 置 ， 析焊 枪 中心 是 否 和焊 缝 中 分
精度 指标 相差 很 多 ］ （ ） 觉传感 焊 缝跟 踪 。 ３视
技 术 。 当 前 ， 觉 传 感 焊 缝 跟 踪 技 术 主 要 有 两 视 个 研 究 方 向 ： 缝 线 结 构 光 跟 踪 与 无 附 加 光 源 焊
焊 缝 二维 图像 跟踪 。焊缝 线结 构光 跟踪 的基 本 原 理 是 ： 基 准 光 栅 条 纹结 构 光 投 射 到焊 缝 表 将
目前 ， 国 管道 焊 接 施 工 仍 以手工 电弧 焊 我 为 主 ， 自动焊 为辅 。在 施 工过 程 中 ， 为 因素 半 人
造 成 的 质 量 不 稳 定 问 题 比较 突 出 。 而 全 位 置 自 动 焊 技 术 在 大 直 径 厚 壁 压 力 管 道 焊 接 中 全 面 应 用 尚 有 一 定 难 度 ， 主 要 原 因 是 大 直 径 厚 壁 压 其
第 １ ８卷 第 １ 期
２１ ０ ０年 ３ 月
北京 石 油化 工学 院学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉ ｎ ｎ ｔｔ ｔ ｆ ｏ ｒ ａ ｆＢｅｊ ｇ Ｉ ｓｉ ｅｏ ｉ ｕ
Ｐｅ ｒ — ｈｅ ｉ ａ Ｔｅ ｈｎ ｏ ｔｏ ｃ ｍ ｃ ｌ ｃ ｏｌ ｇｙ
Ｖ ｏ１ ８ Ｎ ０． ．１ １
先 进 的 离 线 编 程 系 统 以 图 形 方 式 对 模 型 机 器 人
进 行 示 教 编 程 ， 以 优 化 机 器 人 的 运 动 以 节 省 可
运行 时 间 ， 免机 器 人与 环境 发生 碰撞 。但 是 ， 避
由 于 离 线 编 程 建 立 在 机 器 人 和 环 境 的 精 确 模 型 之 上 ， 时 又 引 入 了 机 器 人 模 型 不 准 确 而 造 成 这
Ｃ Ｄ摄 像机 摄取 工 件表 面 图像 ， 后采 用 计 算 Ｃ 然 机 图像处理 技 术从 被 焊缝及 工 件表 面形 状 调制
的条 纹 模 式 中 提取 焊 缝 的三 维信 息 ， 现 坡 口 实
目前管 道焊 接机 器 人可 以借 鉴 的焊缝 跟 踪
技 术 有 以 下 几 种 ： １ 示 教 再 现 。 这 种 方 式 虽 然 （）