一種三維焊接機器人混合控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種三維焊接機器人混合控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前空間焊接機器人主要分為采用離線編程系統(tǒng)控制的空間焊接機器人和采用 視覺系統(tǒng)控制的空間焊接機器人。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，離線編程系統(tǒng)一般都是基于 三維制圖軟件而開發(fā)的，能夠直接提取焊件三維模型中的焊縫及邊界信息，生成控制機器 人運動的信息，同時也可以根據(jù)生成的控制機器人運動的信息直接控制三維模型中的機器 人模型運動，實現(xiàn)離線仿真。離線編程系統(tǒng)屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，不能根據(jù)工作現(xiàn)場環(huán)境實時 調(diào)整機器人運動，因而溫升引起的工件變形以及存在的零件尺寸誤差和安裝誤差等都將對 焊縫質(zhì)量造成嚴重的影響。視覺系統(tǒng)控制的空間焊接機器人是目前很先進的機器人，雖能 較好的降低環(huán)境變化對焊接質(zhì)量的影響，但相關(guān)技術(shù)還不成熟，尤其是在雙目視覺系統(tǒng)以 及多目視覺系統(tǒng)控制的空間焊接機器人領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種三維焊接機器人混合控制方法，解決了目前離線編程 系統(tǒng)控制的空間焊接機器人的焊縫焊接質(zhì)量易受焊接環(huán)境變化影響的問題。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是采用以下步驟：
[0005] 步驟1 :設(shè)置坐標系，平面U0為攝像機成像平面；其中坐標系XYZ為攝像機坐標 系，其攝像機坐標系原點與一圖像采集點重合；
[0006] 步驟2:采集圖像，包括圖像采集點和關(guān)鍵點在機器人基礎(chǔ)坐標系中的坐標值，一 個圖像采集點對應(yīng)三個理論關(guān)鍵點；
[0007] 當(dāng)機器人在運動過程中，攝像機模型坐標系原點與圖像采集點重合時，攝像機采 集理論關(guān)鍵點圖像；三個理論關(guān)鍵點是與模型中的焊縫重合的點，三個點的距離相等且等 價為同一直線上的點，位于中間的關(guān)鍵點與攝像機模型的坐標系的Z軸重合且與圖像采集 點的距離相等。
[0008] 步驟3 :設(shè)曲線ACB為理論焊縫曲線，點A、點B、點C為一組與圖像采集點P對應(yīng) 的關(guān)鍵點，平面U1與理論焊縫曲線相切，切點為點C，平面U2與點A重合且與平面U1平行， 平面U3與點B重合且與平面U1平行；
[0009] 設(shè)點A'、點B'、點C'與平面U0重合，分別為點A、點B、點C在攝像機成像平面 所成的相，且直線A' B' C'與成像平面U0的中線重合；
[0010] 設(shè)曲線點為實際焊縫曲線，點A i、點&、點(^為與圖像采集點對應(yīng)的實際關(guān) 鍵點；
[0011] 其中點A/、點、點C/分別為AAi、點Bi、點(^在攝像機平面所成的像，且三 點共線并與中線平行；
[0012] 設(shè)A為理論焊縫與實際焊縫在U1平面內(nèi)的距離，其中A '為直線V C/ B/ 與中線之間的距離，A '為A在平面U0內(nèi)的投影；其中f為攝像機焦距，其中H為攝像機焦 點0與平面U1的距離，則有；
[0013]
【主權(quán)項】
1. 一種三維焊接機器人混合控制方法，其特征在于：按照以下步驟進行： 步驟1 :設(shè)置坐標系，平面UO為攝像機成像平面；其中坐標系XYZ為攝像機坐標系，其 攝像機坐標系原點與一圖像采集點重合； 步驟2 :采集圖像，包括圖像采集點和關(guān)鍵點在機器人基礎(chǔ)坐標系中的坐標值，一個圖 像采集點對應(yīng)三個理論關(guān)鍵點； 當(dāng)機器人在運動過程中，攝像機模型坐標系原點與圖像采集點重合時，攝像機采集理 論關(guān)鍵點圖像；三個理論關(guān)鍵點是與模型中的焊縫重合的點，三個點的距離相等且等價為 同一直線上的點，位于中間的關(guān)鍵點與攝像機模型的坐標系的Z軸重合且與圖像采集點的 距離相等； 步驟3 :設(shè)曲線ACB為理論焊縫曲線，點A、點B、點C為一組與圖像采集點P對應(yīng)的關(guān) 鍵點，平面Ul與理論焊縫曲線相切，切點為點C，平面U2與點A重合且與平面Ul平行，平面 U3與點B重合且與平面Ul平行； 設(shè)點A'、點B'、點C'與平面UO重合，分別為點A、點B、點C在攝像機成像平面所成 的相，且直線A' B' C'與成像平面UO的中線重合； 設(shè)曲線點A1C1B1為實際焊縫曲線，點A i、點B1、點C1為與圖像采集點對應(yīng)的實際關(guān)鍵 占. 其中點A1'、點B1'、點C1'分別為AA 1、點B1、點(^在攝像機平面所成的像，且三點共 線并與中線平行； 設(shè)A為理論焊縫與實際焊縫在Ul平面內(nèi)的距離，其中A'為直線V C1' B1'與中 線之間的距離，△'為A在平面UO內(nèi)的投影；其中f為攝像機焦距，其中H為攝像機焦點O 與平面Ul的距離，則有；
式中：A-理論焊縫與實際焊縫在Ul平面內(nèi)的距離； -為直線A/ C/ B/與中線mm之間的距離； K一攝像機比例系數(shù)； H-攝像機焦點O與平面Ul的距離； f?一攝像機焦距； 步驟4 :計算焊縫在基坐標系中的值：
式中：A-理論焊縫與實際焊縫在Ul平面內(nèi)的距離； A H-實際H值與理論H值的差值； T' 一攝像機坐標系的變換所得其坐標系變化矩陣； LTr =A.Tr 式中：T 一基坐標系到攝像機坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣； T' 一攝像機坐標系的變換所得其坐標系變化矩陣； A-攝像機坐標系在極坐標系中的位姿矩陣； 步驟5 :根據(jù)步驟4中計算的數(shù)值，通過機器人逆運動學(xué)計算出各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，再根據(jù)各 關(guān)節(jié)減速比轉(zhuǎn)化為各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值；其中所計算出的關(guān)節(jié)電機實際轉(zhuǎn)角值與理論轉(zhuǎn)角值進行 比較計算出轉(zhuǎn)角差值；其中運動控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)角差值控制伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動關(guān)節(jié)電機運 動，實現(xiàn)插補運動。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維焊接機器人混合控制方法，用離線編程系統(tǒng)預(yù)置機器人運動軌跡，并進行離線仿真，并設(shè)置圖像采集信息；圖像采集信息包括圖像采集點對應(yīng)關(guān)鍵點，關(guān)鍵點為理論焊縫與實際焊縫上的點，計算焊縫在基坐標系中的值，通過機器人逆運動學(xué)計算出各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，再根據(jù)各關(guān)節(jié)減速比轉(zhuǎn)化為各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值；其中所計算出的關(guān)節(jié)電機實際轉(zhuǎn)角值與理論轉(zhuǎn)角值進行比較計算出轉(zhuǎn)角差值；其中運動控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)角差值控制伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動關(guān)節(jié)電機運動，實現(xiàn)插補運動。本發(fā)明的有益效果是采用單目視覺與激光測距系統(tǒng)實現(xiàn)三維空間的位置測量，實現(xiàn)對離線編程系統(tǒng)生成的理論運動軌跡的誤差補償。
【IPC分類】G05B19-404
【公開號】CN104820400
【申請?zhí)枴緾N201510187126
【發(fā)明人】郝衛(wèi)東, 蔣相國, 李君 , 李天維, 李雪梅, 朱博軒, 張用, 梁衛(wèi)鴿
【申請人】桂林鴻程機電設(shè)備有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月18日