本發(fā)明屬于工業(yè)自動化焊接，尤其涉及一種基于3d視覺的多機器人協(xié)作的焊接軌跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)制造場景中，采用多機器人協(xié)同焊接的方式已成為提升焊接效率與一致性的主流技術(shù)路徑。為實現(xiàn)多工位的高效焊接調(diào)度，通常將若干結(jié)構(gòu)相同的工件劃分為一批，由多個焊接機器人分別對各自指定的焊接區(qū)域進行并行加工，并在一定空間重疊的交接焊接區(qū)域內(nèi)進行順序焊接協(xié)作。在此類雙機器人交接焊接場景中，為確保焊縫連續(xù)性和質(zhì)量一致性，后機器人需根據(jù)前機器人在交接焊接區(qū)域留下的焊縫特征信息，進行角度微調(diào)，以應對焊縫幾何變化、熱變形等因素對軌跡規(guī)劃的影響。

2、為支持上述角度微調(diào)操作，現(xiàn)有技術(shù)中廣泛采用了激光投射裝置結(jié)合視覺傳感模塊，對焊縫表面進行光學掃描，并通過識別激光圖案的局部變化，輔助判斷焊縫邊界、曲率變化及高度突變等特征，再基于這些識別結(jié)果生成焊接角度修正值，從而指導后機器人在交接區(qū)域內(nèi)完成焊接路徑修正。該類技術(shù)方案已在諸多工業(yè)焊接線中得到應用，能夠?qū)τ晒ぜ日`差或熱變形引起的局部軌跡變化進行一定程度的修正，提高焊縫銜接處的加工精度。

3、然而，現(xiàn)有技術(shù)方案普遍存在如下技術(shù)缺陷：其一，系統(tǒng)默認后機器人可穩(wěn)定執(zhí)行基于前機器人焊縫特征推算出的角度修正值，未考慮后機器人本體在長時間高強度焊接過程中由于熱積累導致的運動精度下降問題；其二，當目標批次工件數(shù)量較多，后機器人因熱積聚而導致機械結(jié)構(gòu)響應遲滯、角度執(zhí)行誤差增大，最終造成其焊接效果與設(shè)定修正角度間的實際偏離呈現(xiàn)逐漸擴大趨勢。現(xiàn)有技術(shù)未對這種偏離趨勢進行動態(tài)識別與修正，易導致交接焊縫質(zhì)量隨批次推進而劣化，難以滿足高一致性焊接質(zhì)量的要求。因此，亟需構(gòu)建一種面向雙機器人交接場景、能夠感知焊接偏差趨勢并動態(tài)修正角度補償值的路徑規(guī)劃方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于3d視覺的多機器人協(xié)作的焊接軌跡規(guī)劃方法，旨在解決背景技術(shù)中提出的問題。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于3d視覺的多機器人協(xié)作的焊接軌跡規(guī)劃方法，所述方法包括：

3、獲取目標批次工件前預設(shè)數(shù)量已焊接的歷史工件的位于雙機器人交接焊接區(qū)域的歷史焊接數(shù)據(jù)；

4、從歷史焊接數(shù)據(jù)中分別提取每個歷史工件對應的前、后機器人的交接焊接區(qū)域內(nèi)的激光投射圖案，并確定每個激光投射圖案的最大變化區(qū)域；

5、量化前、后機器人在交接區(qū)域激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度，獲取前預設(shè)數(shù)量歷史工件隨時間延伸的后機器人熱積累參數(shù)；

6、分析前預設(shè)數(shù)量的歷史工件，判斷是否存在如下特征模式：隨著時間延伸，前、后機器人的激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度變化趨勢與后機器人熱積累參數(shù)變化趨勢之間滿足預設(shè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

7、若確定存在上述特征模式，獲取后機器人針對交接焊接區(qū)域設(shè)定的初始角度修正值，并根據(jù)前、后機器人的激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度的變化趨勢，生成修正因子，動態(tài)調(diào)整初始角度修正值。

8、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，所述激光投射圖案指的是機器人所搭載的激光設(shè)備在焊接過程中投射至焊縫表面的特定光斑或圖形，用于輔助識別焊縫輪廓、焊道幾何變化及局部變形情況，其圖案在焊接過程中會因工件熱變形或表面反射特性變化而產(chǎn)生能夠識別的結(jié)構(gòu)變化。

9、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，從歷史焊接數(shù)據(jù)中分別提取每個歷史工件對應的前、后機器人的交接焊接區(qū)域內(nèi)的激光投射圖案，并確定每個激光投射圖案的最大變化區(qū)域的步驟包括：

10、從歷史焊接數(shù)據(jù)中提取每個歷史工件對應的前機器人和后機器人投射至交接焊接區(qū)域內(nèi)的激光投射圖案；

11、利用3d視覺技術(shù)對提取的激光投射圖案進行結(jié)構(gòu)重建與曲率分析，識別圖案中隨焊接過程變化最顯著的區(qū)域，并確定該區(qū)域為對應的最大變化區(qū)域。

12、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，量化前、后機器人在交接區(qū)域激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度，獲取前預設(shè)數(shù)量歷史工件隨時間延伸的后機器人熱積累參數(shù)的步驟包括：

13、基于3d視覺技術(shù)，提取每個歷史工件中前機器人與后機器人對應激光投射圖案的最大變化區(qū)域的空間位置坐標；

14、計算前、后機器人激光投射圖案的最大變化區(qū)域在空間位置上的偏離量，并將該偏離量作為對應歷史工件的偏離程度；

15、獲取每個歷史工件焊接完成時的后機器人熱積累參數(shù)，所述熱積累參數(shù)包括焊接過程中的累計作業(yè)時長、關(guān)鍵部位溫度變化值及其導出函數(shù)。

16、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，所述預設(shè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系指的是：在前預設(shè)數(shù)量的歷史工件中，后機器人熱積累參數(shù)的變化趨勢與前、后機器人激光投射圖案最大變化區(qū)域的偏離程度的變化趨勢之間存在正相關(guān)關(guān)系，且該正相關(guān)關(guān)系滿足如下條件：兩者在預設(shè)時間區(qū)間內(nèi)的變化趨勢斜率分別提取為第一斜率值與第二斜率值，且第一斜率值與第二斜率值的比值處于預設(shè)函數(shù)表達的容許范圍內(nèi)，或滿足第二斜率值為第一斜率值的預設(shè)倍數(shù)關(guān)系，從而判斷后機器人熱積累對交接焊接區(qū)域的焊接偏離影響的趨勢符合規(guī)律性要求。

17、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，若確定存在上述特征模式，獲取后機器人針對交接焊接區(qū)域設(shè)定的初始角度修正值，并根據(jù)前、后機器人的激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度的變化趨勢，生成修正因子，動態(tài)調(diào)整初始角度修正值的步驟包括：

18、在確定存在上述特征模式后，獲取后機器人基于交接焊接區(qū)域設(shè)定的初始角度修正值；

19、獲取前、后機器人激光投射圖案最大變化區(qū)域的偏離程度的變化趨勢在預設(shè)時間區(qū)間內(nèi)的變化趨勢斜率：第二斜率值；

20、將第二斜率值設(shè)定為修正因子，并通過修正因子對初始角度修正值進行修正，獲得修正后的角度修正值；

21、將修正后的角度修正值應用于后機器人在目標批次工件后續(xù)的其他待焊接工件的交接焊接區(qū)域的焊接軌跡規(guī)劃中，以實現(xiàn)對初始角度修正值的補償性優(yōu)化。

22、一種基于3d視覺的多機器人協(xié)作的焊接軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)獲取模塊、最大變化區(qū)域確定模塊、偏離程度量化模塊、特征模式判斷模塊以及角度修正值調(diào)整模塊，其中：

23、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取目標批次工件前預設(shè)數(shù)量已焊接的歷史工件的位于雙機器人交接焊接區(qū)域的歷史焊接數(shù)據(jù)；

24、最大變化區(qū)域確定模塊，用于從歷史焊接數(shù)據(jù)中分別提取每個歷史工件對應的前、后機器人的交接焊接區(qū)域內(nèi)的激光投射圖案，并確定每個激光投射圖案的最大變化區(qū)域；所述激光投射圖案指的是機器人所搭載的激光設(shè)備在焊接過程中投射至焊縫表面的特定光斑或圖形，用于輔助識別焊縫輪廓、焊道幾何變化及局部變形情況，其圖案在焊接過程中會因工件熱變形或表面反射特性變化而產(chǎn)生能夠識別的結(jié)構(gòu)變化；

25、偏離程度量化模塊，用于量化前、后機器人在交接區(qū)域激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度，獲取前預設(shè)數(shù)量歷史工件隨時間延伸的后機器人熱積累參數(shù)；

26、特征模式判斷模塊，用于分析前預設(shè)數(shù)量的歷史工件，判斷是否存在如下特征模式：隨著時間延伸，前、后機器人的激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度變化趨勢與后機器人熱積累參數(shù)變化趨勢之間滿足預設(shè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

27、所述預設(shè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系指的是：在前預設(shè)數(shù)量的歷史工件中，后機器人熱積累參數(shù)的變化趨勢與前、后機器人激光投射圖案最大變化區(qū)域的偏離程度的變化趨勢之間存在正相關(guān)關(guān)系，且該正相關(guān)關(guān)系滿足如下條件：兩者在預設(shè)時間區(qū)間內(nèi)的變化趨勢斜率分別提取為第一斜率值與第二斜率值，且第一斜率值與第二斜率值的比值處于預設(shè)函數(shù)表達的容許范圍內(nèi)，或滿足第二斜率值為第一斜率值的預設(shè)倍數(shù)關(guān)系，從而判斷后機器人熱積累對交接焊接區(qū)域的焊接偏離影響的趨勢符合規(guī)律性要求；

28、角度修正值調(diào)整模塊，用于若確定存在上述特征模式，獲取后機器人針對交接焊接區(qū)域設(shè)定的初始角度修正值，并根據(jù)前、后機器人的激光投射圖案的最大變化區(qū)域的偏離程度的變化趨勢，生成修正因子，動態(tài)調(diào)整初始角度修正值。

29、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，所述最大變化區(qū)域確定模塊具體包括：

30、圖案提取單元，用于從歷史焊接數(shù)據(jù)中提取每個歷史工件對應的前機器人和后機器人投射至交接焊接區(qū)域內(nèi)的激光投射圖案；

31、圖案變化解析單元，用于利用3d視覺技術(shù)對提取的激光投射圖案進行結(jié)構(gòu)重建與曲率分析，識別圖案中隨焊接過程變化最顯著的區(qū)域，并確定該區(qū)域為對應的最大變化區(qū)域。

32、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，所述偏離程度量化模塊具體包括：

33、坐標提取單元，用于基于3d視覺技術(shù)，提取每個歷史工件中前機器人與后機器人對應激光投射圖案的最大變化區(qū)域的空間位置坐標；

34、偏離量計算單元，用于計算前、后機器人激光投射圖案的最大變化區(qū)域在空間位置上的偏離量，并將該偏離量作為對應歷史工件的偏離程度；

35、熱積累參數(shù)獲取單元，用于獲取每個歷史工件焊接完成時的后機器人熱積累參數(shù)，所述熱積累參數(shù)包括焊接過程中的累計作業(yè)時長、關(guān)鍵部位溫度變化值及其導出函數(shù)。

36、作為本發(fā)明實施例技術(shù)方案進一步的限定，所述角度修正值調(diào)整模塊具體包括：

37、初始值獲取單元，用于在確定存在上述特征模式后，獲取后機器人基于交接焊接區(qū)域設(shè)定的初始角度修正值；

38、斜率值獲取單元，用于獲取前、后機器人激光投射圖案最大變化區(qū)域的偏離程度的變化趨勢在預設(shè)時間區(qū)間內(nèi)的變化趨勢斜率：第二斜率值；

39、角度修正值調(diào)整單元，用于將第二斜率值設(shè)定為修正因子，并通過修正因子對初始角度修正值進行修正，獲得修正后的角度修正值；

40、修正值應用單元，用于將修正后的角度修正值應用于后機器人在目標批次工件后續(xù)的其他待焊接工件的交接焊接區(qū)域的焊接軌跡規(guī)劃中，以實現(xiàn)對初始角度修正值的補償性優(yōu)化。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

42、本發(fā)明通過引入激光投射圖案的最大變化區(qū)域識別與3d視覺分析技術(shù)，結(jié)合后機器人熱積累參數(shù)，構(gòu)建基于偏離趨勢斜率的角度修正機制，首次實現(xiàn)了在雙機器人交接焊接場景下對焊接偏差隨時間演化趨勢的動態(tài)補償。與現(xiàn)有技術(shù)中僅基于前機器人焊縫特征設(shè)定固定角度修正值的方式相比，本發(fā)明能夠識別并糾正因后機器人熱積累導致的修正失效問題，確保焊接角度調(diào)整始終適配當前工況，顯著提升了交接區(qū)域的焊接一致性與焊縫質(zhì)量，具有突出的智能性、自適應性和工程適用價值。