【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接机器人视觉传感，具体涉及一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法与系统。
技术介绍
1、随着我国制造业的不断发展，焊接加工工业的需求也持续增长，焊接是一个专业性的技术工种，企业培养一个成熟的焊接技术工人需要投入大量的时间和财力。人工焊接的产品质量很难保证一致性，不利于批量化生产，长时间的焊接劳作也会让焊接工人的生产效率下降。随着工业机器人的应用愈发广泛，用焊接机器人来代替人工焊接的方式，能够在一定程度上解决这个问题。
2、视觉伺服是融合了图像处理、机器人学、控制理论等众多学科领域的控制方式，其主要是通过视觉特征信息控制机器人末端到达期望的目标位姿，通过将图像特征的误差，作为机器人伺服控制的输入，从而完成机器人视觉伺服控制，随着视觉传感技术的不断发展，视觉传感技术在焊缝轨迹跟踪的应用也越来越广泛。相对于其他类型的传感器在焊缝轨迹跟踪的运用，视觉传感器具有不与焊接工件接触、测量精度高、抗电磁干扰等优点，并且适合多种类型的焊缝轨迹跟踪。
3、机器人视觉伺服控制理论与视觉传感技术经过多年的研究与探索，目前已经比较成熟，但是在机器人焊接领域的应用相对较少，一方面是焊接过程的弧光等干扰，不利于视觉信息的提取，另一方面需要建立相对完善的机器人焊缝跟踪的视觉伺服控制模型。然而，现有技术中的视觉伺服控制存在收敛速度慢，控制过程不平稳，由于相机视场的有限造成视觉伺服失败的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法与系统
2、本专利技术采取的技术方案具体如下：
3、一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，包括
4、s1：采集包含焊缝特征的图像，对图像预处理后提取图像特征；
5、s2：将提取的图像特征与期望的图像特征进行比较得到图像特征偏差；
6、s3：获取图像特征偏差值作为约束性能视觉伺服控制的输入，由图像雅可比矩阵的计算值得到图像特征与机器人关节运动的关系；
7、s4：鲁棒状态反馈控制器根据图像特征偏差计算出控制量，驱动机器人末端向目标工件运动；
8、s5：由激光视觉传感器实时采集初始帧的图像传输到计算机进行图像处理，提取图像焊缝特征点，将焊缝图像特征点的像素坐标进行空间位姿转换，得到空间位姿信息；
9、s6：根据空间位姿信息，通过movelt工具箱进行逆运动学求解控制机器人末端运动到焊缝特征点，完成机器人焊缝跟踪的轨迹。
10、s1中采集包含焊缝特征的图像，对图像预处理后提取图像特征的步骤，还包括
11、能与该相机相互对照的机器人焊接硬件平台，通过abbrobotsdudio仿真平台三维建模仿真虚拟机器人焊接系统，融入约束性能的图像视觉伺服控制系统进行仿真实验；
12、搭建完成机器人焊接硬件平台后，将焊接压力容器管道工件放置焊接硬件平台的焊接区夹持固定，将相机以及激光视觉传感器安装在机械臂末端，并调试完成相机的标定实验获得相机的内参矩阵、外参矩阵和畸变参数，接着完成激光视觉传感器与abb机器人的手眼标定，计算出机器人极坐标到相机末端的位姿转换矩阵；
13、由相机采集焊缝图像，对视觉伺服方案中相机采集的图像像素施加约束，再将原始焊缝图像进行图像灰度化、roi提取焊缝、图像二值化以及图像形态学处理方面的图像预处理操作后得到图像特征。
14、s2中将提取的图像特征与期望的图像特征进行比较得到图像特征偏差的步骤，还包括：
15、该步骤需要预定义瞬态和稳态响应，分别将像素平面的上下边界的特征误差定义为一个整体误差矩阵，选择合适的参数，用于保证图像特征保持在相机视野范围内和预定义的瞬态和稳态误差。
16、s3中将获取的偏差值作为约束性能视觉伺服控制的输入，由计算值得到图像特征与机器人关节运动关系的步骤包括把根据期望图像特征误差与实际图像特征误差计算出整体误差矩阵，并以此为约束性能视觉伺服控制的输入，在手在眼上的情况下，相机的移动速度与机器臂末端执行机构的移动速度相同，因此，代入相机移动速度与图像坐标移动速度，经过图像雅可比矩阵转换可以得到所有特征点的交互矩阵，实现机器人运动和焊缝图像特征的映射关系。
17、s4中将所述鲁棒状态反馈控制器根据图像特征偏差计算出控制量，驱动机器人末端向目标工件运动的步骤包括将提取的图像特征与期望的图像特征进行比较计算出的图像特征偏差作为反馈输入到控制器中，其中，基于鲁棒控制理论，状态反馈控制器考虑系统的关节位姿、速度以及角度，机器人同步执行控制命令，并实时反馈关节位置和运动状态给控制器，形成闭环控制系统。
18、s4中由激光视觉传感器实时采集图像传输到计算机进行处理，提取图像焊缝特征点、并将该特征点的像素坐标进行空间位姿转换状态的步骤包括：施加约束的图像视觉伺服引导机器人视场到合适的焊接工件区域，并通过调整机器人末端将激光传感器的条纹照射到焊缝的起始点，再通过图像处理获得初始焊缝图像的特征点像素信息，将像素信息转换为机器人工具坐标系的空间位姿信息。
19、在一种优选方案中，还包括激光传感系统、图像比较模块、输入模块、控制模块、处理模块以及追踪模块，所述激光传感系统包括设于机械臂末端的相机以及激光发射器，所述激光发射器发出的线激光照射至工件表面形成激光条纹，激光条纹经过工件表面反射后，在工业相机上呈现焊缝图像，对所述图像预处理后提取图像特征，所述图像比较模块用于将所述图像特征与期望的图像特征进行比较得到图像特征偏差，所述输入模块根据获取图像特征偏差值作为约束性能视觉伺服控制的输入，由图像雅可比矩阵的计算值得到图像特征与机器人关节运动的关系，所述控制模块讯号传输至鲁棒状态反馈控制器，使得鲁棒状态反馈控制器根据图像特征偏差计算出控制量，并驱动机器人末端向目标工件运动，所述处理模块讲激光视觉传感器实时采集初始帧的图像传输到计算机进行图像处理，并提取图像焊缝特征点，将焊缝图像特征点的像素坐标进行空间位姿转换，得到空间位姿信息，所述追踪模块根据空间位姿信息，通过movelt工具箱进行逆运动学求解控制机器人末端运动到焊缝特征点，完成机器人焊缝跟踪的轨迹。
20、在一种优选方案中，还包括基于约束性能的视觉伺服控制、关节控制器、多传感器融合标定模块、焊缝轨迹识别模块以及焊缝跟踪组模，用于控制并引导机器人臂末端焊枪到达焊缝起始的预定位置，其中，在相机采集焊缝图像后，经图像处理后计算出实际图像特征，由性能函数预定义期望特征和约束像素，该条信息包含特征误差的数值，关节控制器用于接受运动指令，将上述特征误差作为鲁棒状态反馈控制器的输入，选择合适的控制量代入，使得图像特征偏差趋于0，视觉伺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，所述采集包含焊缝特征的图像，对图像预处理后提取图像特征的步骤，包括
3.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，所述将提取的图像特征与期望的图像特征进行比较得到图像特征偏差的步骤，包括：
4.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，将获取的偏差值作为约束性能视觉伺服控制的输入，由计算值得到图像特征与机器人关节运动关系的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，所述鲁棒状态反馈控制器根据图像特征偏差计算出控制量，驱动机器人末端向目标工件运动的步骤：
6.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，由激光视觉传感器实时采集图像传输到计算机进行处理，提取图像焊缝特征点、并将该特征点的像素坐标进行空间位姿转换状态的步骤：
7.一种焊接机器人约
8.根据权利要求7所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制系统，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求8所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制系统，其特征在于，所述机器人焊缝跟踪组模还包括：
10.根据权利要求9所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制系统，其特征在于：还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，所述采集包含焊缝特征的图像，对图像预处理后提取图像特征的步骤，包括
3.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，所述将提取的图像特征与期望的图像特征进行比较得到图像特征偏差的步骤，包括：
4.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，将获取的偏差值作为约束性能视觉伺服控制的输入，由计算值得到图像特征与机器人关节运动关系的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的一种焊接机器人约束性能视觉伺服控制方法，其特征在于，所述鲁棒状态反馈控制器根据图像特征偏差计...
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