焊接机器人焊缝跟踪的原理及方法

机器人视觉伺服控制[3]是当今智能机器人研究和发展的一个重要领域。与传统的机器人控制方法相比，机器人视觉伺服控制具有精度高实时性好、灵活性高等众多优点，在工业中得到更多的关注与应用，驱使机器人技术向智能化方向发展。机器人视觉伺服控制因其自身的优越性而在众多领域中得以应用，其中在机器人焊缝跟踪领域应用**广泛。目前，基于视觉传感器的机器人焊缝跟踪控制方法主要包括两种:视觉示教跟踪与自动跟踪。视觉示教跟踪指的是预先通过视觉传感器检测焊缝位置信息，然后指导离线编程系统完成轨迹规划。
但是该方法不能消除在焊接过程中因热变形而产生的动态误差，因此容易导致跟踪性能不佳。对于传统的自动跟踪方法，机器人能够通过视觉传感器感知外部环境的变化，实时地调整自身姿态和运动方向以较好地完成跟踪任务。国内外的学者已经在这方面进行了较多的研究。例如，Liu提出了一种基于激光视觉的机器人实时焊缝跟踪方法[4]，Ma提出了一种针对薄板对焊的焊缝跟踪方法。这些方法都表现出了较好的跟踪精度和稳定性，可是这些方法都只是适用于低速和焊缝近似为直线型的情况，在高速和焊缝为锯齿形等非纯直线型的情况下并没有进行讨论[5]。关于控制方法鲁棒性的研究，Kim曾指出一种具有鲁棒性的基于视觉的焊缝跟踪方法[6]，Huag也试图利用新的算法来消除焊接过程中产生的飞溅和强光对图像处理的影响[7]。国内陈忠也提出了一种基于线激光视觉的机器人焊缝跟踪鲁棒控制方法[8]。缝的轮廓形状、激光器和工业相机的位置关系均有十分密切的关系。而且，激光条纹的形状偏差和不连续性与焊缝的深度息息相关。当激光器和工业相机的位置关系经过标定目保持不变时，焊缝轮廓的空间信息可通过激光条纹的图像坐标来获得