一种基于双三维相机的机器人自动化焊接系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种双三维相机的机器人自动化焊接系统及方法。该系统包括，机器人、机器人外部安装的第一三维相机、机器人末端安装的第二三维相机和焊接装备、控制机器人运动的控制箱以及系统上位机；所述第一三维相机用于拍摄获取完整工件点云；所述系统上位机用于系统坐标系对齐、第二三维相机的拍摄轨迹规划、焊缝寻位和焊接路径规划，其中，所述第二三维相机的拍摄轨迹规划包括，根据完整工件点云规划第二三维相机的拍摄点位，形成机器人的拍摄运动轨迹；所述第二三维相机用于根据拍摄运动轨迹，获取当前拍摄点位视野内的工件点云；所述焊接装备用于根据当前拍摄点位视野内的工件点云和焊接轨迹，完成焊接任务。完成焊接任务。完成焊接任务。

A robot automatic welding system and method based on double three-dimensional camera

【技术实现步骤摘要】
一种基于双三维相机的机器人自动化焊接系统及方法


[0001]本专利技术属于焊接
，具体涉及一种基于双三维相机的机器人自动化焊接系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]虽然焊接机器人目前应用较为广泛，但是焊接前复杂的编程工作一直是焊接机器人的发展阻碍。焊接机器人的编程方式主要有人工示教编程和离线编程。人工示教编程需要在一定的时间间隔重新编程，以保证在工件装夹误差下的焊接精度；离线编程实现的方式是将机器人和工件建模，在软件上实现路径规划，对于工件的三维模型依赖性大。对于小批量、多品种、非标准的工件焊接场景，以上两种编程方式适用性较差。
[0004]为解决上述问题，随着机器视觉的发展，利用三维相机进行焊接轨迹的自动寻位可实现免编程示教的机器人的自动化焊接。但是，该过程需要对三维相机拍摄点位进行规划，当前工业场景下仍采用手动方式进行拍摄点位规划。
[0005]此外，现有的使用软件进行眼在手上的三维相机的拍摄轨迹规划，其弊端在于：
[0006]1.依赖工件的三维模型，若工件不存在三维模型，则实现比较困难；
[0007]2.对操作者的素质要求较高，专业软件的学习需要一定的成本；3.自动化程度低，使用软件进行规划，避免不了人工干预。

技术实现思路

[0008]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于双三维相机的机器人自动化焊接系统及方法，本专利技术针对焊接前安装在机器人末端的相机的拍摄点位规划，使用安装在机器人工作台外部的俯拍相机，结合三维视觉技术，实现了焊接前相机拍摄点位的自动规划；针对焊接工件，使用安装在机器人末端的相机，结合三维视觉技术，实现了以拍摄点位为单元的焊缝寻位和自动化焊接。
[0009]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]第一个方面，本专利技术提供了一种双三维相机的机器人自动化焊接系统。
[0011]一种双三维相机的机器人自动化焊接系统，包括：机器人、机器人外部安装的第一三维相机、机器人末端安装的第二三维相机和焊接装备、控制机器人运动的控制箱以及系统上位机；
[0012]所述第一三维相机用于拍摄获取完整工件点云；
[0013]所述系统上位机用于系统坐标系对齐、第二三维相机的拍摄轨迹规划、焊缝寻位和焊接路径规划，其中，所述第二三维相机的拍摄轨迹规划包括，根据完整工件点云规划第二三维相机的拍摄点位，形成机器人的拍摄运动轨迹；
[0014]所述第二三维相机用于根据拍摄运动轨迹，获取当前拍摄点位视野内的工件点
云；
[0015]所述焊接装备用于根据当前拍摄点位视野内的工件点云和焊接轨迹，完成焊接任务。
[0016]第二个方面，本专利技术提供了一种双三维相机的机器人自动化焊接方法。
[0017]一种双三维相机的机器人自动化焊接方法，采用第一个方面所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统，包括：
[0018]标定焊枪工具坐标系、两个相机坐标系与机器人基坐标系之间的关系；
[0019]采用第一三维相机拍摄获取完整工件点云；
[0020]根据完整工件点云规划第二三维相机的拍摄点位，形成机器人的拍摄运动轨迹；
[0021]采用第二三维相机，根据拍摄运动轨迹，获取当前拍摄点位视野内的工件点云；
[0022]根据当前拍摄点位拍摄得到的点云，进行焊缝寻位，规划机器人的焊接轨迹；
[0023]采用焊接装备，根据当前拍摄点位视野内的工件点云和焊接轨迹，完成焊接任务。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025](1)本专利技术实现了机器人焊接系统的全过程自动化。目前，三维相机引导机器人进行焊接前，需要手动规划相机的拍摄点位。本专利技术使用双三维相机，通过三维视觉技术和机器人技术的结合，解决了拍摄点位的手动规划问题。
[0026](2)本专利技术使用三维视觉信息进行手上相机的拍摄点位规划，效率高，普适性强。适用对多品种、多焊缝、加工一致性差的工件焊接。
[0027](3)本专利技术使用三维相机采集精度高，使用寻位方法拾取的焊缝精度高，保证了焊接的高质量。
附图说明
[0028]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0029]图1是本专利技术实施例一示出的双三维相机的机器人自动化焊接系统的示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例二示出的双三维相机的机器人自动化焊接方法的流程图；
[0031]其中，1、多自由度机器人，2、手外相机，3、手上相机，4、焊接装备，5、控制箱，6、系统上位机。
具体实施方式
[0032]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0033]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0035]本专利技术中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以
是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]实施例一
[0037]本实施例提供了一种双三维相机的机器人自动化焊接系统。
[0038]如图1，一种基于双三维相机的机器人自动化焊接系统，包括多自由度机器人1，机器人外部安装的三维相机，机器人末端安装的三维相机以及焊接装备4，控制机器人运动的控制箱5，系统上位机6；其中系统上位机6分别与多自由度机器人1、机器人外部安装的三维相机、机器人末端安装的三维相机以及焊接装备、控制机器人运动的控制箱5连接，控制箱5连接机器人。
[0039]所述的机器人外部安装的三维相机，与机器人的组合方式是眼在手外(Eye
‑
to
‑
Hand)，本实施例叙述将其简称为手外相机2。
[0040]所述的机器人末端安装的三维相机，与机器人的组合方式是眼在手上(Eye
‑
in
‑
Hand)，本实施例叙述将其简称为手上相机3。
[0041]所述的焊接装备，根据不同的焊接工艺，不限于使用多种品牌的焊枪，焊机和送丝器。
[0042]所述的手外相机用于手上相机的拍摄点位规划，根据焊接场景需求，通常安装在机器人工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双三维相机的机器人自动化焊接系统，其特征在于，包括：机器人、机器人外部安装的第一三维相机、机器人末端安装的第二三维相机和焊接装备、控制机器人运动的控制箱以及系统上位机；所述第一三维相机用于拍摄获取完整工件点云；所述系统上位机用于系统坐标系对齐、第二三维相机的拍摄轨迹规划、焊缝寻位和焊接路径规划，其中，所述第二三维相机的拍摄轨迹规划包括，根据完整工件点云规划第二三维相机的拍摄点位，形成机器人的拍摄运动轨迹；所述第二三维相机用于根据拍摄运动轨迹，获取当前拍摄点位视野内的工件点云；所述焊接装备用于根据当前拍摄点位视野内的工件点云和焊接轨迹，完成焊接任务。2.根据权利要求1所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统，其特征在于，所述系统坐标系对齐包括：对机器人基坐标系和焊接装备坐标系的空间转换关系标定、机器人基坐标系和第一三维相机坐标系的空间转换关系标定、以及机器人基坐标系和第二三维相机坐标系的空间转换关系标定。3.根据权利要求2所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统，其特征在于，所述机器人基坐标系和焊接装备坐标系的空间转换关系标定包括，引导机器人带动焊接装备多次指到一个固定的空间点，改变每一次指点的机器人末端的姿态，不改变末端的位置，得到焊接装备坐标系相对于机器人基座的空间转换关系。4.根据权利要求2所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统，其特征在于，所述机器人基坐标系和第一三维相机坐标系的空间转换关系标定包括，将标定板固定安装在机器人末端，第一三维相机多次拍摄机器人不同位姿下的标定板，记录机器人每次拍摄时的位置和姿态，得到机器人基坐标系和第一三维相机坐标系之间的空间转换关系。5.根据权利要求2所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统，其特征在于，所述机器人基坐标系和第二三维相机坐标系的空间转换关系标定包括，标定板固定位置不变，改变机器人的姿态，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新诚，张园凯，耿煜森，马昕，宋锐，李贻斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：