用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實(shí)施例涉及機(jī)器人自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于焊接機(jī)器人的路 徑點(diǎn)自動生成系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 焊接機(jī)器人的目標(biāo)是使得焊炬末端能夠準(zhǔn)確地走過焊縫中心，完成焊接的操作。 在實(shí)際生產(chǎn)中，常見的做法是由工人通過示教盒操縱機(jī)器人，使之走過目標(biāo)路徑并進(jìn)行記 錄經(jīng)過的路徑點(diǎn)，通過編程指定這一系列路徑點(diǎn)的通過速度和通過精度等信息，再現(xiàn)程序 時即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人完成焊接工作。但由于焊件本身的不規(guī)則性，即便是同一批焊件也很少 實(shí)現(xiàn)一個程序不用修改就焊接完每一件焊件。這使得機(jī)器人示教更加耗時更加繁瑣。
[0003] 為了減輕工人的工作量，離線編程，虛擬示教，任務(wù)級編程等一系列方法也被提出 以簡化示教過程。離線編程是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法，通過建立起機(jī)器人本體和焊 件的三維模型，工人在電腦上就可以對機(jī)器人進(jìn)行示教，能夠減輕工人的工作量，同時也能 提高機(jī)器人的工作效率。但是這種方法需要機(jī)器人和焊件及工作環(huán)境等的三維模型，繪制 三維模型也是一項(xiàng)耗時的任務(wù)，且由于模型和實(shí)物尺寸之間的差異，離線編程后仍需要手 動修改。虛擬示教則是結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操縱機(jī)器人的新興技術(shù)，然而對于規(guī) 劃機(jī)器人路徑點(diǎn)而言，仍然需要工人進(jìn)行示教操作，只是示教地點(diǎn)改變?yōu)檫h(yuǎn)程而已。任務(wù) 級編程是指只需輸入簡單的指令就能夠一個完整復(fù)雜動作的編程方式。復(fù)雜的細(xì)節(jié)可以通 過已經(jīng)編好的程序自動完成。這是機(jī)器人編程理想的發(fā)展方向。
[0004] 借助于精度越來越高的視覺等各種傳感器以及先進(jìn)的視覺算法，通過視覺實(shí)現(xiàn)任 務(wù)級機(jī)器人自動編程已經(jīng)開始逐漸被深入研究。單純的雙目立體視覺在精度上不夠理想， 算法也較為復(fù)雜，耗時較長。而新興的RGB-D攝像頭能夠同時獲取圖像和深度信息，得到環(huán) 境中的三維點(diǎn)云信息，對于機(jī)器人正確理解工作環(huán)境有著十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上 述問題的一種用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成系統(tǒng)。此外，還提供一種用于焊接機(jī)器人 的路徑點(diǎn)自動生成方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了以下技術(shù)方案：
[0007] -種用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成系統(tǒng)，用于焊接工作臺上焊件的焊接，所 述系統(tǒng)至少包括：
[0008] 機(jī)器人本體，包括焊炬；
[0009] 控制器，用于控制所述機(jī)器人本體上的運(yùn)動；
[0010] RGB-D傳感器，固定在所述機(jī)器人本體的末端，用于采集所述焊件的RGB圖像和深 度圖像，并將所述焊件的所述RGB圖像和所述深度圖像傳送至上位機(jī)；
[0011]所述上位機(jī)，用于對所述焊件的所述RGB圖像和所述深度圖像進(jìn)行處理，提取出 所述焊件的焊縫邊緣，并根據(jù)所述焊縫邊緣計(jì)算路徑點(diǎn)信息，再將所述路徑點(diǎn)信息發(fā)送至 所述控制器，以控制所述焊炬末端沿著所述路徑點(diǎn)移動。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成方 法，所述方法至少包括：
[0013]所述RGB-D傳感器采集所述焊件的RGB圖像和深度圖像，并將所述焊件的所述RGB 圖像和所述深度圖像傳送至所述上位機(jī)；
[0014] 上位機(jī)被配置為執(zhí)行以下步驟：
[0015] 圖像預(yù)處理:在所述焊件的RGB圖像上選取僅有所述焊縫且沒有所述焊炬末端的 第一區(qū)域，將所述第一區(qū)域轉(zhuǎn)換為灰度圖像；
[0016] 焊縫邊緣提取:根據(jù)所述灰度圖像，提取出所述焊縫邊緣圖像；
[0017] 路徑點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算:根據(jù)所述焊縫邊緣圖像計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系下的路徑點(diǎn)坐標(biāo)；
[0018] 路徑點(diǎn)檢查:將所述相機(jī)坐標(biāo)系下的路徑點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位姿 數(shù)據(jù)，并判斷機(jī)器人是否已經(jīng)經(jīng)過該位姿，若是，則丟棄所述位姿，否則將所述位姿數(shù)據(jù)發(fā) 送至所述控制器；
[0019] 所述控制器將所述當(dāng)前時刻的所述機(jī)器人本體的位姿數(shù)據(jù)發(fā)送至所述上位機(jī)，并 從所述上位機(jī)接收所述機(jī)器人基座標(biāo)系下的路徑點(diǎn)上焊炬末端應(yīng)到達(dá)的位姿數(shù)據(jù)，以及控 制所述焊炬末端沿著所述路徑點(diǎn)移動。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案至少具有以下有益效果：
[0021]本發(fā)明實(shí)施例通過將RGB-D傳感器固定在機(jī)器人本體的末端，以采集焊件的RGB 圖像和深度圖像，并將焊件的RGB圖像和深度圖像傳送至上位機(jī);然后，上位機(jī)對焊件的RGB 圖像和深度圖像進(jìn)行處理，提取出焊件的焊縫邊緣，并根據(jù)焊縫邊緣計(jì)算路徑點(diǎn)信息，再將 路徑點(diǎn)信息發(fā)送至控制器，以控制焊炬末端沿著路徑點(diǎn)移動。從而可實(shí)現(xiàn)自動生成空間曲 線焊縫的路徑點(diǎn)，減輕了工人的工作量，提高了機(jī)器人的工作效率。
【附圖說明】
[0022]附圖作為本發(fā)明的一部分，用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，本發(fā)明的示意性 實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。顯然，下面描述中的附圖 僅僅是一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。在附圖中：
[0023]圖1為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的基于RGB-D傳感器且用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn) 自動生成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的示教器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的界面模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖5為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的數(shù)據(jù)通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖6為根據(jù)另一示例性實(shí)施例示出的用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0029] 圖7為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成方法的流程 示意圖；
[0030] 圖8為根據(jù)另一示例性實(shí)施例示出的用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成方法的流 程不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施例解決的技術(shù)問題、所采用的技術(shù)方 案以及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請的一部 分實(shí)施例，并不是全部實(shí)施例。基于本申請中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造 性勞動的前提下，所獲的所有其它等同或明顯變型的實(shí)施例均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 本發(fā)明實(shí)施例可以按照權(quán)利要求中限定和涵蓋的多種不同方式來具體化。
[0032] 需要說明的是，在下面的描述中，為了方便理解，給出了許多具體細(xì)節(jié)。但是很明 顯，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)可以沒有這些具體細(xì)節(jié)。
[0033]需要說明的是，在沒有明確限定或不沖突的情況下，本發(fā)明中的各個實(shí)施例及其 中的技術(shù)特征可以相互組合而形成技術(shù)方案。
[0034]圖1示例性地示出了基于RGB-D傳感器且用于焊接機(jī)器人的路徑點(diǎn)自動生成系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)10用于焊接工作臺上焊件的焊接，其至少可以包括機(jī)器 人本體12、控制器14、上位機(jī)16和RGB-D傳感器18。其中，機(jī)器人本體12包括焊炬122?？刂破?14用于控制機(jī)器人本體12上的焊炬122的運(yùn)動。RGB-D傳感器固定在機(jī)器人本體12的末端， 用于采集焊件的RGB圖像和深度圖像，并將焊件的RGB圖像和深度圖像發(fā)送至上位機(jī)16。上 位機(jī)16用于對焊件的RGB圖像和深度圖像進(jìn)行處理，提取出焊件的焊縫邊緣，并根據(jù)焊縫 邊緣計(jì)算路徑點(diǎn)信息，再將路徑點(diǎn)信息發(fā)送至控制器14,以控制焊炬122末端沿著路徑點(diǎn)移 動。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例中的機(jī)器人可以為六自由度弧焊機(jī)器人。上位機(jī)16生成的路徑點(diǎn)直 接作用于控制器實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)動。RGB-D傳感器18可以固定在機(jī)器人手臂上。為了有較好的視 野范圍以及精度，可使RGB-D傳感器距離工作臺大約40~60厘米。
[0036]在實(shí)際實(shí)施過程中，本發(fā)明實(shí)施例在正式工作之前需標(biāo)定RGB-D相機(jī)與機(jī)器人末 端之間的手眼關(guān)系。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例采用湖南大學(xué)電氣信息工程學(xué)院的許海霞等人 在文章中提出的"一種機(jī)器人手眼關(guān)系自標(biāo)定的方法"進(jìn)行標(biāo)定。具體地，控制機(jī)器人末端 完成5次平移運(yùn)動以及2次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，對場景中的單個景物的視差及深度值列出機(jī)器人末端 與攝像機(jī)坐標(biāo)之間位置關(guān)系的約束方程組，求出RGB-D相機(jī)內(nèi)參數(shù)以及手眼關(guān)系。
[0037] 在手動選擇R0I(Region of Interest)的范圍后，機(jī)