用于远程焊接的机器人遥控焊接系统及方法技术方案

用于远程焊接的机器人遥控焊接系统及方法，它涉及一种机器人遥控焊接系统及方法。本发明专利技术的目的是解决解决目前遥控焊接中的焊接过程实时性要求高、自主控制进行遥控焊接的适应性不好、遥控焊接的视觉反馈差以及系统对焊接任务的通用性低的问题。系统方案：中央监控人机界面与机器人控制器连接，机器人控制器分别与激光视觉控制器、机器人和焊接电源连接；方法方案：双目摄像机将焊接环境图像传输给立体视觉显示器，操作者获得远端环境的深度信息，引导焊枪向焊缝起始位置运动；可以分别采用直接控制、遥控示教、激光视觉传感跟踪或人机协作共享控制四种工作方式完成遥控焊接。本发明专利技术用于机器人遥控焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器人遥控焊接系统及方法。
技术介绍
在海洋工程的水下施工、核电站的安装和维修、未来太空站的组建，以及极限环境 和危险环境下的设备安装、维护和抢修中，焊接应用必不可少。这些极限环境下，操作者不 能身临现场直接焊接，必须实施遥控焊接。遥控焊接指人在远离现场的安全环境中，根据现 场的各种传感信息对焊接设备和焊接过程进行远程监视和控制，完成焊接作业。遥控焊接 与抓取装配等遥控作业有很大区别焊接过程的实时性要求高，时间延迟严重影响焊接质 量；焊接过程中存在烟雾、弧光等，影响视觉反馈的效果；焊接过程中，焊枪与工件没有接 触，不能够采用力觉传感器感知环境信息。 遥控作业可以由专机来完成，也可以由遥操作机器人来完成。由于机器人具有多 个自由度，运动灵活，应用中常作为远端作业的执行机构，操作者遥控操作机器人引导工具 来完成遥控作业。但是由于遥控焊接作业的自身特点，采用机器人进行遥控焊接时存在许 多问题机器人遥操作通常采用直接控制、局部自主控制、人机合作控制及激光视觉传感跟 踪四种方式，其中直接控制是把操作者的手部控制命令序列传给远端的机器人控制器，实 时控制机器人的运动。直接控制充分利用人的感知、决策和判断能力来增强系统的适应能 力，控制过程直观、简单、有效，具有较好的故障恢复能力，但是在遥控焊接中，受弧光、烟雾 的影响，对远端环境的传感信息不充分，依赖主端的命令，使底层执行能力不足，并且时延 情况下操作不能连续进行，只能采用"运动-等待"的方法，严重时系统不能工作；局部自主 控制方式是机器人系统借助传感系统如力觉传感系统、视觉传感系统等来控制机器人末端 执行器的位置与姿态，全自主完成作业，但在遥控焊接中，坡口轮廓形式不规则，焊缝不连 续、以及焊缝周围存在障碍，目前还没有传感器能完成以下几种情况的焊接；人机合作控制 体现的一种人与机器人系统或者传感器在智能层次上的一种"合作"，双方是对等的，但限 于机器人智能化水平，这种方式尚在理论研究中，也难以在遥控焊接中应用。综上所述以上 几种方式都存在局限性，难以单独的应用完成遥控焊接。目前为止并没有一种系统将能进 行上述多种操作方式进行机器人遥控焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前遥控焊接中的焊接过程实时性要求高、自主控制进 行遥控焊接的适应性不好、遥控焊接的视觉反馈差以及系统对焊接任务的通用性低的问 题，提出了 一种。 本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是所述系统由宏观视觉显示器、中 央监控人机界面、空间鼠标、液晶光闸眼镜、立体视觉显示器、工业以太网、机器人控制器、 激光视觉控制器、机器人、工作平台、第一可控云台、双目摄像机、第二可控云台、宏观变焦 摄像机、焊枪、激光视觉传感器工作头和焊接电源构成，所述空间鼠标与中央监控人机界面4连接，且中央监控人机界面通过工业以太网与机器人控制器连接，所述液晶光闸眼镜与立 体视觉显示器连接，且立体视觉显示器通过工业以太网与双目摄像机连接，所述宏观视觉 显示器通过工业以太网与宏观变焦摄像机连接，所述宏观变焦摄像机装在第二可控云台 上，所述双目摄像机装在第一可控云台上，所述机器人的末端上装有焊枪，所述焊枪上装有 激光视觉传感器工作头，所述机器人控制器的数据输入输出端与激光视觉控制器的数据输 出输入端连接，所述激光视觉控制器的电源输出端与激光视觉传感器工作头的电源输入端 连接，所述激光视觉传感器工作头的图像输出端与激光视觉控制器的图像输入端连接，所 述机器人控制器的运动控制信号输出端与机器人的运动信号输入端连接，所述机器人控制 器的电源控制输出端与焊接电源的控制输入端连接，所述焊接电源的电源输出端与焊枪的 电源输入端连接，所述工作平台与焊枪对应设置所述方法由以下步骤完成步骤一 宏观 变焦摄像机采集二维视频图像，并通过工业以太网将二维视频图像传给宏观视觉显示器， 操作者在本地端的中央监控人机界面中调整视野； 步骤二操作者操作空间鼠标在中央监控人机界面上发出控制指令，通过工业以 太网传给远端的机器人控制器去控制远端机器人的运动，机器人引导焊枪移动达到焊缝上 方30-40mm附近，同时机器人控制器实时将焊枪的位姿矩阵通过工业以太网传给本地端的 中央监控人机界面，调整界面中虚拟环境的机器人的位姿； 步骤三工件固定在工作平台上构成远端的焊接环境，焊枪上安装有激光视觉传 感器工作头，操作者操作中央监控人机界面经过工业以太网启动激光视觉控制器和激光视 觉传感器工作头并启动焊接电源，激光束中心距焊枪尖端横向距离20-30mm，焊枪处于焊接 环境空间的任意位置； 步骤四启动液晶光闸眼镜、立体视觉显示器、第一可控云台和双目摄像机，双目 摄像机将获取的焊接环境图像经过工业以太网传输给本地端的立体视觉显示器，操作者佩 戴液晶光闸眼镜观察立体视觉显示器通过工业以太网获得远端环境的深度信息，并在中央 监控人机界面中通过工业以太网操作第一可控云台从多视角观察，引导焊枪向焊缝起始位 置运动；通过在中央监控人机界面中操作，可以分别采用直接控制、遥控示教、激光视觉传 感跟踪或人机协作共享控制四种工作方式完成遥控焊接。 本专利技术具有以下有益效果1.本系统可进行直接控制、局部自主控制和人机协作 控制及激光视觉传感跟踪，能够降低操作者在焊接过程中操作的工作负荷；采用本专利技术的 系统可进行机器人遥控操作的方式进行遥控焊接，整个系统具有通用性和操作灵活性的特 点，不但能够适应于危险环境和极限环境下的安装任务，而且适用于安全事故后的紧急抢 修；2.本专利技术方法把操作者的全局规划能力与机器人的局部自主能力有效融合，通过丰富 的视觉传感信息，单独实现直接控制、局部自主控制，而且可以实现人机协作控制及激光视 觉传感跟踪，完成远端复杂焊接环境、复杂焊缝的遥控焊接。3.本系统在焊接过程中实时性 要求高、自主控制进行遥控焊接的适应性好、遥控焊接的视觉反馈好以及系统对焊接任务 的通用性高。附图说明 图1是本专利技术系统的整体结构示意图，图2是激光视觉传感跟踪中的激光视觉传 感工作图。具体实施例方式具体实施方式一 结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式系统由宏观视觉 显示器1 、中央监控人机界面2、空间鼠标4、液晶光闸眼镜5、立体视觉显示器6、工业以太 网7、机器人控制器8、激光视觉控制器9、机器人10、工作平台11、第一可控云台12、双目摄 像机13、第二可控云台15、宏观变焦摄像机16、焊枪17、激光视觉传感器工作头18和焊接 电源19构成，所述空间鼠标4与中央监控人机界面2连接，且中央监控人机界面2通过工 业以太网7与机器人控制器8连接，所述液晶光闸眼镜5与立体视觉显示器6连接，且立体 视觉显示器6通过工业以太网7与双目摄像机13连接，所述宏观视觉显示器1通过工业以 太网7与宏观变焦摄像机16连接，所述宏观变焦摄像机16装在第二可控云台15上，所述 双目摄像机13装在第一可控云台12上，所述机器人10的末端上装有焊枪17，所述焊枪17 上装有激光视觉传感器工作头18，所述机器人控制器8的数据输入输出端与激光视觉控制 器9的数据输出输入端连接，所述激光视觉控制器9的电源输出端与激光视觉传感器工作 头18的电源输入端连接，所述激光视觉传感器工作头18的图像输出端与激光视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于远程焊接的机器人遥控焊接系统，所述系统由宏观视觉显示器（１）、中央监控人机界面（２）、空间鼠标（４）、液晶光闸眼镜（５）、立体视觉显示器（６）、工业以太网（７）、机器人控制器（８）、激光视觉控制器（９）、机器人（１０）、工作平台（１１）、第一可控云台（１２）、双目摄像机（１３）、第二可控云台（１５）、宏观变焦摄像机（１６）、焊枪（１７）、激光视觉传感器工作头（１８）和焊接电源（１９）构成，其特征在于所述空间鼠标４与中央监控人机界面（２）连接，且中央监控人机界面（２）通过工业以太网（７）与机器人控制器（８）连接，所述液晶光闸眼镜（５）与立体视觉显示器（６）连接，且立体视觉显示器（６）通过工业以太网（７）与双目摄像机（１３）连接，所述宏观视觉显示器（１）通过工业以太网（７）与宏观变焦摄像机（１６）连接，所述宏观变焦摄像机（１６）装在第二可控云台（１５）上，所述双目摄像机（１３）装在第一可控云台（１２）上，所述机器人（１０）的末端装有焊枪（１７），所述焊枪（１７）上装有激光视觉传感器工作头（１８），所述机器人控制器（８）的数据输入输出端与激光视觉控制器（９）的数据输出输入端连接，所述激光视觉控制器（９）的电源输出端与激光视觉传感器工作头（１８）的电源输入端连接，所述激光视觉传感器工作头（１８）的图像输出端与激光视觉控制器（９）的图像输入端连接，所述机器人控制器（８）的运动控制信号输出端与机器人（１０）的运动信号输入端连接，所述机器人控制器（８）的电源控制输出端与焊接电源（１９）的控制输入端连接，所述焊接电源（１９）的电源输出端与焊枪（１７）的电源输入端连接，所述工作平台（１１）与焊枪（１７）对应设置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李海超，高洪明，张广军，吴林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]