一種具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種具有自主糾偏能力的機(jī)器人焊接系統(tǒng)及方法，屬于焊接領(lǐng)域。本發(fā)明中工業(yè)計(jì)算機(jī)分別與機(jī)器人控制器和工業(yè)相機(jī)連接，機(jī)器人控制器與機(jī)器人和焊接電源連接，焊接電源與焊槍連接，工業(yè)相機(jī)和焊槍固定于機(jī)器人手臂末端，相機(jī)攝像平面與焊槍方向保持垂直，工作平臺(tái)對(duì)應(yīng)設(shè)置；方法方案：?jiǎn)?dòng)機(jī)器人對(duì)模板工件示教，并在兩處特征區(qū)域拍照確定工件空間位置，工業(yè)相機(jī)將工件特征區(qū)域圖像傳輸給工業(yè)計(jì)算機(jī)，通過(guò)圖像處理技術(shù)和軟件算法，機(jī)器人自主糾正原示教路徑的偏差。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣，在批量焊接作業(yè)中運(yùn)用該系統(tǒng)，可以有效避免重復(fù)示教，提高工作效率。
【專利說(shuō)明】一種具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)及方法，適用于機(jī)器人焊接領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]焊接是工業(yè)生產(chǎn)中重要的一環(huán)，焊接過(guò)程會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)光、輻射、煙塵等污染，對(duì)人體危害較大，以自動(dòng)化設(shè)備代替人工是焊接行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)器人是自動(dòng)化設(shè)備的一種，其靈活性強(qiáng)、精度高，運(yùn)用于焊接領(lǐng)域能有效提高工作效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。目前工業(yè)中使用較多的是示教再現(xiàn)型機(jī)器人，這種機(jī)器人與智能化機(jī)器人相比，成本較低。其工作過(guò)程大致如下:首先在工作平臺(tái)上放置工件；然后使用示教器操作機(jī)器人，在示教模式下，對(duì)焊接位置、路徑進(jìn)行示教；最后切換至再現(xiàn)模式，機(jī)器人自動(dòng)再現(xiàn)示教路徑，并起弧焊接。對(duì)于批量工件的焊接，機(jī)器人多次再現(xiàn)示教路徑即可。
[0003]然而在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其針對(duì)較大型工件，工件的定位精度很難保障，焊接中工件的裝配誤差會(huì)導(dǎo)致焊槍偏離焊縫，采用焊縫跟蹤技術(shù)可以解決長(zhǎng)焊縫的“焊不準(zhǔn)”問(wèn)題，但是在大量短焊縫和一些不適合焊縫跟蹤技術(shù)的場(chǎng)合，尚無(wú)好的自動(dòng)化解決方案。工件裝配產(chǎn)生的小范圍偏差，往往導(dǎo)致原示教路徑無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)后續(xù)工件，為了準(zhǔn)確完成后續(xù)焊接，往往需要重新示教，嚴(yán)重影響工作效率。另一方面，附帶高精度傳感器的智能型機(jī)器人雖能實(shí)時(shí)掃描坡口等信息，但其成本高，價(jià)格昂貴，且適用范圍有限。因此，亟需一種新方法，解決上述問(wèn)題，兼顧工作效率與設(shè)備成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)普通機(jī)器人的合理改造。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)普通機(jī)器人的智能化，需要為其加入傳感器。視覺(jué)在所有感官中蘊(yùn)含信息量最大、最直觀，將視覺(jué)引入機(jī)器人系統(tǒng)，可以初步實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能化。作為機(jī)器的“眼睛”，常用的工業(yè)相機(jī)分為CXD和CMOS兩種，其成像原理大致相同。結(jié)合像素點(diǎn)數(shù)、焦距、工件尺寸等參數(shù)，即可得到圖像信息與實(shí)際尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0005]基于以上背景，本發(fā)明將機(jī)器視覺(jué)引入機(jī)器人系統(tǒng)，利用工業(yè)計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)算能力編寫(xiě)軟件，搭建焊接機(jī)器人系統(tǒng)，并提出一種新的方法，解決上述問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)及方法，以解決焊接件批量焊接工作中由于前后位置的偏差造成的重復(fù)示教問(wèn)題，提高工作效率，并兼顧設(shè)備成本。
[0007]本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0008]一種具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由工業(yè)計(jì)算機(jī)、手持示教器、焊接電源、機(jī)器人控制器、機(jī)器人、焊槍、工業(yè)相機(jī)、焊接平臺(tái)構(gòu)成，所述工業(yè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入輸出端與機(jī)器人控制器的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸出輸入端連接，所述手持示教器的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端與機(jī)器人控制器的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接，所述機(jī)器人控制器的電源控制輸出端與焊接電源的控制輸入端連接，機(jī)器人控制器的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)輸出端與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸入端連接，所述焊接電源的電源輸出端與焊槍的電源輸入端連接，所述工業(yè)相機(jī)圖像輸出端與工業(yè)計(jì)算機(jī)圖像輸入端連接，所述焊槍和工業(yè)相機(jī)固定于機(jī)器人手臂末端且焊槍伸出方向與工業(yè)相機(jī)成像平面垂直，所述工作平臺(tái)與焊槍對(duì)應(yīng)設(shè)置，焊槍對(duì)放置于工作平臺(tái)上的工件工作；所述方法由以下步驟完成:
[0009]步驟一:批量焊接工作前，首個(gè)工件裝配在工作平臺(tái)上構(gòu)成焊接環(huán)境，機(jī)器人手臂末端固定有工業(yè)相機(jī)和焊槍，啟動(dòng)工業(yè)計(jì)算機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)通信設(shè)定和測(cè)試，工業(yè)相機(jī)采集二維圖像并傳給工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)向機(jī)器人控制器發(fā)送串口通信測(cè)試數(shù)組和校驗(yàn)碼，并接收串口通信返回?cái)?shù)組和校驗(yàn)碼，工業(yè)計(jì)算機(jī)的顯示器顯示系統(tǒng)通信狀態(tài)及工業(yè)相機(jī)采集的圖像；
[0010]步驟二:啟動(dòng)手持示教器，調(diào)至“示教模式”，向機(jī)器人控制器發(fā)送控制數(shù)據(jù)，機(jī)器人控制器接收數(shù)據(jù)并向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，在“示教模式”下引導(dǎo)焊槍完成焊接起始點(diǎn)、焊接路徑和焊槍位姿的示教，并通過(guò)示教器記錄示教信息，機(jī)器人控制器將示教信息傳給工業(yè)計(jì)算機(jī)保存為“原始示教文件”;
[0011]步驟三:通過(guò)示教器按照步驟二所述方式控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)工業(yè)相機(jī)在與工作平臺(tái)平行的平面上移動(dòng)，所述平面到焊接平臺(tái)平面的距離是經(jīng)過(guò)測(cè)量的固定值，尋找工件特征區(qū)域，所述特征區(qū)域指工件的俯視上表面中具有角度或圓弧信息的區(qū)域，工業(yè)計(jì)算機(jī)的顯示器顯示工業(yè)相機(jī)的實(shí)時(shí)成像，在特征區(qū)域成像清晰的位置，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)向工業(yè)相機(jī)發(fā)送拍照指令，工業(yè)計(jì)算機(jī)將工業(yè)相機(jī)傳回照片保存為“第一個(gè)特征區(qū)域模板照片”，同時(shí)接收機(jī)器人控制器傳來(lái)的機(jī)器人末端此時(shí)的位置矩陣并保存為“第一個(gè)特征區(qū)域拍照位置”，通過(guò)與上述相同的過(guò)程，保存“第二個(gè)特征區(qū)域模板照片”及“第二個(gè)特征區(qū)域拍照位置”，工業(yè)相機(jī)采集的圖像為數(shù)字圖像，工業(yè)計(jì)算機(jī)將兩組模板照片提取到圖像處理軟件中處理，完成后保存兩組特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位置為“模板特征點(diǎn)”；
[0012]步驟四:示教器調(diào)至“再現(xiàn)模式”并向機(jī)器人控制器發(fā)送再現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)，機(jī)器人控制器依照焊接數(shù)據(jù)向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，并向焊接電源發(fā)送電源輸出指令，進(jìn)而引導(dǎo)焊槍對(duì)工件焊接；
[0013]步驟五:首個(gè)工件焊接完成并取下后，固定第二個(gè)工件，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)選擇“重復(fù)焊接”，工業(yè)計(jì)算機(jī)向機(jī)器人控制器發(fā)送“第一次拍照位置”的位置矩陣，機(jī)器人控制器接收并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)至對(duì)應(yīng)位置后向工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)送到達(dá)信號(hào)，工業(yè)計(jì)算機(jī)接收到達(dá)信號(hào)后向工業(yè)相機(jī)發(fā)送拍照信號(hào)，觸發(fā)工業(yè)相機(jī)拍照并傳回工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)將照片保存為“后續(xù)第一特征區(qū)域照片”并向機(jī)器人控制器發(fā)送“第二個(gè)特征區(qū)域拍攝位置”位置矩陣，機(jī)器人控制器接收并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)至對(duì)應(yīng)位置后向工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)送到達(dá)信號(hào)，工業(yè)計(jì)算機(jī)接收到達(dá)信號(hào)后向工業(yè)相機(jī)發(fā)送拍照信號(hào)，觸發(fā)工業(yè)相機(jī)拍照并傳回工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)將照片保存為“后續(xù)第二特征區(qū)域照片”，保存完成后通過(guò)步驟三所述圖像處理方法對(duì)后續(xù)特征圖像進(jìn)行處理，并保存后續(xù)兩組特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位置，完成后，工業(yè)計(jì)算機(jī)軟件調(diào)用步驟三所述“模板特征點(diǎn)”像素信息，并與后續(xù)保存的兩組特征點(diǎn)像素信息對(duì)t匕，得出后兩個(gè)特征點(diǎn)的像素點(diǎn)較模板像素點(diǎn)的偏差距離與角度，以此為依據(jù)調(diào)整步驟二所述“原始示教文件”，并將校正后的示教文件按機(jī)器人串口協(xié)議發(fā)送至機(jī)器人控制器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)機(jī)器人調(diào)整焊接位置及焊槍位姿，完成后通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)送起弧焊接指令至機(jī)器人控制器，機(jī)器人開(kāi)始后續(xù)焊接工作。
[0014]本發(fā)明有以下有益效果:1.本系統(tǒng)可以有效解決批量焊接作業(yè)中由于裝配誤差導(dǎo)致的重復(fù)示教問(wèn)題，尤其適合短焊縫較多的中大型工件，有效提高生產(chǎn)效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度；2.本系統(tǒng)為示教型機(jī)器人加入機(jī)器視覺(jué)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人初步智能化，為機(jī)器人的低成本改造和自動(dòng)化焊接提供了參考；4.本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，方法易懂，有利于使用者快速掌握，且適合多種焊接任務(wù)，通用性高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)傳輸示意圖。
[0017]圖3為本方法工作原理示意圖。
[0018]圖中:1、工業(yè)計(jì)算機(jī)，2、手持示教器，3、焊接電源，4、機(jī)器人控制器，5、機(jī)器人，6、焊槍，7、工業(yè)相機(jī)，8、焊接平臺(tái)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本實(shí)施方式，本實(shí)施方式系統(tǒng)由工業(yè)計(jì)算機(jī)1、手持示教器2、焊接電源3、機(jī)器人控制器4、機(jī)器人5、焊槍6、工業(yè)相機(jī)7、焊接平臺(tái)8構(gòu)成，所述工業(yè)計(jì)算機(jī)I的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入輸出端與機(jī)器人控制器4的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸出輸入端連接，所述手持示教器2的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端與機(jī)器人控制器4的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接，所述機(jī)器人控制器4的電源控制輸出端與焊接電源3的控制輸入端連接，機(jī)器人控制器4的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)輸出端與機(jī)器人5的運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸入端連接，所述焊接電源3的電源輸出端與焊槍6的電源輸入端連接，所述工業(yè)相機(jī)7圖像輸出端與工業(yè)計(jì)算機(jī)I圖像輸入端連接，所述焊槍6和工業(yè)相機(jī)7固定于機(jī)器人5手臂末端且焊槍6伸出方向與工業(yè)相機(jī)7成像口所對(duì)方向平行，所述工作平臺(tái)8與焊槍對(duì)應(yīng)設(shè)置，焊槍對(duì)放置于工作平臺(tái)8上的工件9工作；
[0020]其中，機(jī)器人5為六自由度示教型機(jī)器人，工業(yè)相機(jī)7為CMOS型低照度黑白相機(jī)，也可選用CCD型，現(xiàn)場(chǎng)光線不穩(wěn)定時(shí)，加裝環(huán)形光源環(huán)繞固定于鏡頭外邊緣，為防止焊接飛濺影響鏡頭，在相機(jī)鏡頭外加裝UV鏡以保護(hù)鏡頭；
[0021]本實(shí)施方式方法由以下步驟完成:
[0022]步驟一:批量焊接工作前，將首個(gè)工件10裝配在工作平臺(tái)8上構(gòu)成焊接環(huán)境，機(jī)器人5手臂末端固定有工業(yè)相機(jī)7和焊槍6，啟動(dòng)工業(yè)計(jì)算機(jī)1，進(jìn)行系統(tǒng)通信設(shè)定和測(cè)試，工業(yè)相機(jī)7采集二維圖像并傳給工業(yè)計(jì)算機(jī)1，工業(yè)計(jì)算機(jī)I向機(jī)器人控制器4發(fā)送串口通信測(cè)試數(shù)組和校驗(yàn)碼，并接收串口通信返回?cái)?shù)組和校驗(yàn)碼，工業(yè)計(jì)算機(jī)I的顯示器顯示系統(tǒng)通信狀態(tài)及工業(yè)相機(jī)7采集的圖像；
[0023]步驟二:啟動(dòng)手持示教器2，調(diào)至“示教模式”，向機(jī)器人控制器4發(fā)送控制數(shù)據(jù)，機(jī)器人控制器2接收數(shù)據(jù)并向機(jī)器人5發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，在“示教模式”下引導(dǎo)焊6槍完成焊接起始點(diǎn)、焊接路徑和焊槍位姿的示教，并通過(guò)示教器2記錄示教信息，機(jī)器人控制器4將示教信息傳給工業(yè)計(jì)算機(jī)I保存為“原始示教文件”；
[0024]步驟三:運(yùn)行示教器2按照步驟二所述方式控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)工業(yè)相機(jī)在與工作平臺(tái)平行的平面上移動(dòng)，所述平面到焊接平臺(tái)平面的距離是經(jīng)過(guò)測(cè)量的固定值，尋找工件特征區(qū)域，所述特征區(qū)域指工件的俯視上表面中具有角度或圓弧信息的區(qū)域，工業(yè)計(jì)算機(jī)I的顯示器顯示工業(yè)相機(jī)7的實(shí)時(shí)成像，在特征區(qū)域成像清晰的位置，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)2向工業(yè)相機(jī)7發(fā)送拍照指令，工業(yè)計(jì)算機(jī)I將工業(yè)相機(jī)7傳回照片保存為“第一個(gè)特征區(qū)域模板照片”，同時(shí)接收機(jī)器人控制器4傳來(lái)的機(jī)器人末端此時(shí)的位置矩陣并保存為“第一個(gè)特征區(qū)域拍照位置”，通過(guò)與上述相同的過(guò)程，保存“第二個(gè)特征區(qū)域模板照片”及“第二個(gè)特征區(qū)域拍照位置”，工業(yè)相機(jī)7采集的圖像為數(shù)字圖像，工業(yè)計(jì)算機(jī)I將兩組模板照片提取到圖像處理軟件中處理，完成后保存兩組特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位置為“模板特征點(diǎn)” Al、BI ；
[0025]步驟四:示教器2調(diào)至“再現(xiàn)模式”并向機(jī)器人控制器4發(fā)送再現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)，機(jī)器人控制器4依照焊接數(shù)據(jù)向機(jī)器人5發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，并向焊接電源3發(fā)送電源輸出指令，進(jìn)而引導(dǎo)焊槍6對(duì)工件焊接；
[0026]步驟五:首個(gè)工件10焊接完成并取下后，固定第二個(gè)工件11，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)I選擇“重復(fù)焊接”，工業(yè)計(jì)算機(jī)I向機(jī)器人控制器4發(fā)送“第一次拍照位置”的位置矩陣，機(jī)器人控制器4接收并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人5移動(dòng)至對(duì)應(yīng)位置后向工業(yè)計(jì)算機(jī)I發(fā)送到達(dá)信號(hào)，工業(yè)計(jì)算機(jī)I接收到達(dá)信號(hào)后向工業(yè)相機(jī)7發(fā)送拍照信號(hào)，觸發(fā)工業(yè)相機(jī)拍照并傳回工業(yè)計(jì)算機(jī)1，工業(yè)計(jì)算機(jī)I將照片保存為“后續(xù)第一特征區(qū)域照片”并向機(jī)器人控制器4發(fā)送“第二個(gè)特征區(qū)域拍攝位置”位置矩陣，機(jī)器人控制器4接收并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人5移動(dòng)至對(duì)應(yīng)位置后向工業(yè)計(jì)算機(jī)I發(fā)送到達(dá)信號(hào)，工業(yè)計(jì)算機(jī)I接收到達(dá)信號(hào)后向工業(yè)相機(jī)7發(fā)送拍照信號(hào)，觸發(fā)工業(yè)相機(jī)7拍照并傳回工業(yè)計(jì)算機(jī)1，工業(yè)計(jì)算機(jī)I將照片保存為“后續(xù)第二特征區(qū)域照片”，保存完成后通過(guò)步驟三所述圖像處理方法對(duì)后續(xù)特征圖像進(jìn)行處理，并保存后續(xù)兩組特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)A2、B2位置，完成后，工業(yè)計(jì)算機(jī)軟件調(diào)用步驟三所述“模板特征點(diǎn)” Al、BI像素信息，并與后續(xù)保存的兩組特征點(diǎn)A2、B2像素信息對(duì)比，原特征點(diǎn)所構(gòu)成的直線AlBl和后續(xù)特征點(diǎn)構(gòu)成的直線A2B2之間的夾角即為工件偏移角度，焊接起始點(diǎn)與特征直線的關(guān)系始終固定，以此為依據(jù)，軟件糾偏運(yùn)算部分自動(dòng)調(diào)整步驟二所述“原始示教文件”中各示教點(diǎn)的坐標(biāo)和位姿，生成新的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)包并發(fā)送至機(jī)器人控制器4，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)機(jī)器人5調(diào)整焊接位置及焊槍6位姿，完成后通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)I發(fā)送起弧焊接指令至機(jī)器人控制器4，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人5開(kāi)始后續(xù)焊接工作；
[0027]本系統(tǒng)遇到采集圖像無(wú)法匹配的問(wèn)題后，工業(yè)計(jì)算機(jī)I的顯示器顯示錯(cuò)誤提示，根據(jù)提示采取調(diào)整裝配位置、重新選取特征區(qū)域、改變光線照射等措施排除錯(cuò)誤后，按照所述方法重新運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其包括工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)、手持示教器(2)、焊接電源(3)、機(jī)器人控制器(4)、機(jī)器人(5)、焊槍￠)、工業(yè)相機(jī)(7)、焊接平臺(tái)(8)；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入輸出端與機(jī)器人控制器(4)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸出輸入端連接，所述手持示教器(2)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端與機(jī)器人控制器(4)的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接，所述機(jī)器人控制器(4)的電源控制輸出端與焊接電源(3)的控制輸入端連接，機(jī)器人控制器(4)的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)輸出端與機(jī)器人(5)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸入端連接，所述焊接電源(3)的電源輸出端與焊槍(6)的電源輸入端連接，所述工業(yè)相機(jī)(7)圖像輸出端與工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)圖像輸入端連接，所述焊槍(6)和工業(yè)相機(jī)(7)固定于機(jī)器人(5)手臂末端且焊槍(6)伸出方向與工業(yè)相機(jī)(7)成像口所對(duì)方向平行，所述工作平臺(tái)(8)與焊槍對(duì)應(yīng)設(shè)置，焊槍對(duì)放置于工作平臺(tái)(8)上的工件(9)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于:機(jī)器人(5)為六自由度示教型機(jī)器人，工業(yè)相機(jī)(7)為CMOS型低照度黑白相機(jī)，或選用CCD型，現(xiàn)場(chǎng)光線不穩(wěn)定時(shí)，加裝環(huán)形光源環(huán)繞固定于鏡頭外邊緣，為防止焊接飛濺影響鏡頭，在相機(jī)鏡頭外加裝UV鏡以保護(hù)鏡頭。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行焊接的方法，其特征在于:所述方法由以下步驟完成: 步驟一:批量焊接工作前，將首個(gè)工件(10)裝配在工作平臺(tái)(8)上構(gòu)成焊接環(huán)境，機(jī)器人(5)手臂末端固定有工業(yè)相機(jī)(7)和焊槍￠)，啟動(dòng)工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)，進(jìn)行系統(tǒng)通信設(shè)定和測(cè)試，工業(yè)相機(jī)(7)采集二維圖像并傳給工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)，工業(yè)計(jì)算機(jī)⑴向機(jī)器人控制器(4)發(fā)送串口通信測(cè)試數(shù)組和校驗(yàn)碼，并接收串口通信返回?cái)?shù)組和校驗(yàn)碼，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)的顯示器顯示系統(tǒng)通信狀態(tài)及工業(yè)相機(jī)(7)采集的圖像； 步驟二:啟動(dòng)手持示教器(2)，調(diào)至“示教模式”，向機(jī)器人控制器(4)發(fā)送控制數(shù)據(jù)，機(jī)器人控制器(2)接收數(shù)據(jù)并向機(jī)器人(5)發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，在“示教模式”下引導(dǎo)焊(6)槍完成焊接起始點(diǎn)、焊接路徑和焊槍位姿的示教，并通過(guò)示教器(2)記錄示教信息，機(jī)器人控制器(4)將示教信息傳給工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)保存為“原始示教文件”；步驟三:運(yùn)行示教器(2)按照步驟二所述方式控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)工業(yè)相機(jī)在與工作平臺(tái)平行的平面上移動(dòng)，所述平面到焊接平臺(tái)平面的距離是經(jīng)過(guò)測(cè)量的固定值，尋找工件特征區(qū)域，所述特征區(qū)域指工件的俯視上表面中具有角度或圓弧信息的區(qū)域，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)的顯示器顯示工業(yè)相機(jī)(7)的實(shí)時(shí)成像，在特征區(qū)域成像清晰的位置，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)(2)向工業(yè)相機(jī)(7)發(fā)送拍照指令，工業(yè)計(jì)算機(jī)⑴將工業(yè)相機(jī)(7)傳回照片保存為“第一個(gè)特征區(qū)域模板照片”，同時(shí)接收機(jī)器人控制器(4)傳來(lái)的機(jī)器人末端此時(shí)的位置矩陣并保存為“第一個(gè)特征區(qū)域拍照位置”，通過(guò)與上述相同的過(guò)程，保存“第二個(gè)特征區(qū)域模板照片”及“第二個(gè)特征區(qū)域拍照位置”，工業(yè)相機(jī)(7)采集的圖像為數(shù)字圖像，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)將兩組模板照片提取到圖像處理軟件中處理，完成后保存兩組特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位置為“模板特征點(diǎn)”(A1、B1)； 步驟四:示教器(2)調(diào)至“再現(xiàn)模式”并向機(jī)器人控制器(4)發(fā)送再現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)，機(jī)器人控制器(4)依照焊接數(shù)據(jù)向機(jī)器人(5)發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，并向焊接電源(3)發(fā)送電源輸出指令，進(jìn)而引導(dǎo)焊槍(6)對(duì)工件焊接； 步驟五:首個(gè)工件(10)焊接完成并取下后，固定第二個(gè)工件(11)，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)選擇“重復(fù)焊接”，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)向機(jī)器人控制器(4)發(fā)送“第一次拍照位置”的位置矩陣，機(jī)器人控制器(4)接收并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人(5)移動(dòng)至對(duì)應(yīng)位置后向工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)發(fā)送到達(dá)信號(hào)，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)接收到達(dá)信號(hào)后向工業(yè)相機(jī)(7)發(fā)送拍照信號(hào)，觸發(fā)工業(yè)相機(jī)拍照并傳回工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)將照片保存為“后續(xù)第一特征區(qū)域照片”并向機(jī)器人控制器(4)發(fā)送“第二個(gè)特征區(qū)域拍攝位置”位置矩陣，機(jī)器人控制器(4)接收并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人(5)移動(dòng)至對(duì)應(yīng)位置后向工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)發(fā)送到達(dá)信號(hào)，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)接收到達(dá)信號(hào)后向工業(yè)相機(jī)(7)發(fā)送拍照信號(hào)，觸發(fā)工業(yè)相機(jī)(7)拍照并傳回工業(yè)計(jì)算機(jī)(1)，工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)將照片保存為“后續(xù)第二特征區(qū)域照片”，保存完成后通過(guò)步驟三所述圖像處理方法對(duì)后續(xù)特征圖像進(jìn)行處理，并保存后續(xù)兩組特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)(A2、B2)位置，完成后，工業(yè)計(jì)算機(jī)軟件調(diào)用步驟三所述“模板特征點(diǎn)”(A1、B1)像素信息，并與后續(xù)保存的兩組特征點(diǎn)(A2、B2)像素信息對(duì)比，原特征點(diǎn)所構(gòu)成的直線AlBl和后續(xù)特征點(diǎn)構(gòu)成的直線A2B2之間的夾角即為工件偏移角度，焊接起始點(diǎn)與特征直線的關(guān)系始終固定，以此為依據(jù)，軟件糾偏運(yùn)算部分自動(dòng)調(diào)整步驟二所述“原始示教文件”中各示教點(diǎn)的坐標(biāo)和位姿，生成新的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)包并發(fā)送至機(jī)器人控制器(4)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)機(jī)器人(5)調(diào)整焊接位置及焊槍(6)位姿，完成后通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)(I)發(fā)送起弧焊接指令至機(jī)器人控制器(4)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人(5)開(kāi)始后續(xù)焊接工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種利用具有自主糾偏能力的焊接機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行焊接的方法，其特征在于:所述步驟三中所述圖像處理依次包括以下過(guò)程:首先是圖像增強(qiáng)，強(qiáng)化工件圖像，弱化背景和干擾，其次是邊緣檢測(cè)，提取工件邊緣線信息，然后是閉運(yùn)算，處理邊緣檢測(cè)的缺陷，進(jìn)行邊緣模糊融合并剔除背景，生成特征區(qū)域二值圖，之后是二次邊緣檢測(cè)，將二值圖變?yōu)樘卣鲄^(qū)域輪廓線圖，最后是Hough變換，檢測(cè)輪廓線所能擬合的抽象幾何圖形，并提取特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)；經(jīng)由以上過(guò)程將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成抽象的特征點(diǎn)坐標(biāo)信肩、O
【文檔編號(hào)】B23K37/00GK104175031SQ201410412562
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】張軍, 張文輝, 盧振洋, 高吉軍, 馮陸洋, 孫騰, 白立來(lái) 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)