一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统技术方案

本发明专利技术属于智能制造技术领域，公开了一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统，可以在虚拟环境中定义虚拟焊缝和完成焊接机器人自动焊接任务。系统包括虚拟环境、虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块、焊缝编辑模块、焊接轨迹生成模块；将待焊接工件、工作台和焊接机器人的三维模型以相对位姿导入到虚拟环境，可以通过虚拟焊缝识别与分类模块自动识别待焊接工件三维模型上的所有焊缝和焊缝类别或者通过焊缝定义模块人工定义焊缝，也可以两者结合使用，用户通过焊缝编辑模块删除或修改定义好的焊缝。用户在焊缝编辑模块中定义焊接顺序和插入过渡点后，焊接轨迹生成模块基于虚拟焊缝识别与分类模块智能识别的焊缝信息或用户通过焊缝定义模块定义的焊缝信息，自动生成焊接机器人的焊接轨迹，焊接机器人沿着焊接轨迹自动焊接。采用本发明专利技术能够实现焊接机器人沿着用户定义的虚拟焊缝自动焊接，适用于各种焊接工件，拥有操作简单、方便快捷的优点。方便快捷的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统


[0001]本专利技术属于智能制造技术和机器人自动焊接
，特别涉及一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统。

技术介绍

[0002]在焊接工程领域，人工焊接的劳动强度大、焊接质量不稳定、生产效率低，且需要一定的技能和经验，在高温、高压、有害气体等环境下进行焊接，对工人的安全和健康会带来一定的威胁。传统机器人焊接采用示教编程控制的方式，但这种方式需要操作人员将机器人手臂移动到所需位置，需要一定的操作技能和经验，编程难度较大，编程周期较长，效率不高，且示教编程需要操作人员进行手动示教，存在一定的误差和不稳定性。采用离线编程技术的焊接机器人焊接方法可以较好地解决焊接机器人在示教编程方式中存在的问题，目前市面上相关的焊接机器人离线编程软件大多通过人工操作来定义焊缝轨迹，步骤繁杂，费时费力，操作复杂，且需要一定的经验。因此设计一种智能识别虚拟焊缝、能够快速定义虚拟焊缝的系统很有必要。

技术实现思路

[0003]针对现有的焊接机器人自动焊接技术的欠缺，本专利技术的目的是提供一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统，采用本专利技术能够实现焊接机器人沿着用户定义的虚拟焊缝自动焊接，适用于各种焊接工件，拥有操作简单、方便快捷的优点。
[0004]本专利技术的目的是通过如下途径实现的：一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统，包括虚拟环境、虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块、焊缝编辑模块、焊接轨迹生成模块；
[0005]其中所述虚拟环境用于显示待焊接工件、焊接机器人、焊接工具及工作台的三维模型，并能获取三维模型的点、线、面几何特征信息；
[0006]其中所述虚拟焊缝识别与分类模块是指导入待焊接工件的三维模型后，遍历待焊接工件上所有边的几何信息，自动识别待焊接工件上的焊缝以及焊缝类型，自动根据焊缝相对于待焊接工件的空间位置信息生成对应的末端焊枪位姿，并根据焊缝类型用不同颜色生成每条焊缝的可视化三维模型；
[0007]其中所述焊缝类型包括但不限于立焊、角焊、平焊；
[0008]其中所述末端焊枪位姿是指焊接机器人焊接焊缝时固定在焊接机器人末端的焊枪的位姿；
[0009]其中所述焊缝定义模块包括辅助工具和焊缝定义工具两部分，用户在虚拟环境中利用辅助工具创建辅助点、线、面，基于辅助工具创建的点、线、面和待焊接工件三维模型的几何特征信息来修改、创建不同类型的焊缝和定义末端焊枪位姿，并对每条焊缝进行离散化得到每条焊缝离散后的点位信息和末端焊枪位姿；
[0010]其中所述辅助工具包括但不限于等分工具、平移工具、最短线段、操纵器；
[0011]其中所述等分工具是指获得虚拟空间中任意的线段、圆弧、曲线指定的等分点；
[0012]其中所述平移工具是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移，包括但不限于沿着指定方向和距离平移，指定方向可以为两个点之间的方向、直线的切向方向、面的法线方向；
[0013]其中所述最短线段是指获取虚拟空间中任意两个点、线、面之间的最短线段，以帮助用户更准确地定义焊缝；
[0014]其中所述操纵器是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移、旋转、缩放等操作；
[0015]其中所述焊缝定义工具是指用户通过选择虚拟空间中的点、线、面来创建不同类型的焊缝，并定义机器人末端焊枪的位姿，以实现自动化焊接；
[0016]其中所述焊缝编辑模块包含焊缝信息可视化列表，焊缝信息可视化列表储存虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块定义好的焊缝的焊缝信息，焊缝信息为焊缝离散后的点位信息和机器人末端焊枪位姿，当用户选中焊缝信息可视化列表中的一条焊缝信息，虚拟环境中对应的焊缝可视化三维模型高亮显示，当选中一个焊缝可视化三维模型，焊缝信息可视化列表中对应的焊缝信息亦高亮显示，用户可以选中焊缝信息可视化列表中的任意焊缝信息来修改和删除焊缝信息，也可以通过选中虚拟环境中焊缝的可视化三维模型来进行修改和删除焊缝信息，对于多条焊缝，用户可以通过改变焊缝信息可视化列表中焊缝信息的排列顺序来定义实际焊接工作中焊接的顺序，也可以在两两焊缝之间通过焊缝定义模块中的辅助工具创建辅助点来定义过渡点或者定义一个安全平面高度，用于将相邻焊缝连接成连贯的焊接机器人焊接轨迹；
[0017]其中所述过渡点，是指焊接机器人焊接完一条焊缝后焊接下一条焊缝前，为避免焊枪与待焊接工件发生碰撞，焊接机器人先移动到过渡点，再移动到下一条焊缝的起点进行焊接；
[0018]其中所述安全平面高度，是指焊接机器人焊接完一条焊缝后，在焊接下一条焊缝前为了避免焊枪与待焊接工件发生碰撞，焊接机器人末端焊枪向上退到一个安全的高度，在安全的高度上平移到下一条焊缝的起点的上方再下降到焊缝的起点进行焊接；
[0019]其中所述焊接轨迹生成模块，是指基于自动识别的待焊接工件上的焊缝以及用户在虚拟环境中所定义的焊缝轨迹，结合用户定义的焊接顺序和插入的过渡点或定义的安全平面高度自动生成焊接机器人焊接轨迹；
[0020]该系统执行焊缝定义任务时，包括以下步骤：
[0021]步骤1、将待焊接工件、工作台和焊接机器人的三维模型以相对位姿导入到虚拟环境；
[0022]步骤2、用户可选择智能识别焊缝或人工定义焊缝，若选择智能识别焊缝，则继续执行，若选择人工定义焊缝，则跳至步骤4a；
[0023]步骤3a、虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿，并生成焊缝可视化三维模型；
[0024]其中所述虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿，其具体方法和步骤为：
[0025]人工对虚拟环境中待焊接工件的三维模型定义一个基准面后，系统遍历待焊接工件与工件之间相交的所有线段，并获取相交线段的切向向量以及产生相交线段的两个相交面的法向量，对于每一条相交线段，先计算相交线段的切线向量与基准面法向量之间的焊
缝垂直夹角：
[0026]若焊缝垂直夹角为90
°
，则为立焊，计算平行于相交线段的两个相交面法向量之间的夹角的角平分线的方向向量，生成的末端焊枪位姿平行于角平分线的方向向量且垂直于相交线段的切向向量；
[0027]若焊缝垂直夹角不为90
°
，再计算相交线段的两个相交面法向量之间的相交面夹角：
[0028]若相交面夹角为0
°
，则为平焊，生成的末端焊枪位姿平行于相交线段的两个相交面的法向量；若相交面夹角不为0
°
，则为角焊，计算相交线段的两个相交面的法向量与基准面法向量之间的夹角，再计算位于相交线段的两个相交面的法向量之间且与基准面法向量夹角较小的相交面的法向量成30
°
的方向向量，生成的末端焊枪位姿平行于该方向向量且垂直于相交线段的切向向量。
[0029]步骤3b、用户通过焊缝编辑模块选中步骤3a生成的焊缝可视化三维模型来删除不必要的焊缝或修改焊缝的点位信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统，其特征在于：该系统包括虚拟环境、虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块、焊缝编辑模块、焊接轨迹生成模块；其中所述虚拟环境用于显示待焊接工件、焊接机器人、焊接工具及工作台的三维模型，并能获取三维模型的点、线、面几何特征信息；其中所述虚拟焊缝识别与分类模块是指导入待焊接工件的三维模型后，遍历待焊接工件上所有边的几何信息，自动识别待焊接工件上的焊缝以及焊缝类型，自动根据焊缝相对于待焊接工件的空间位置信息生成对应的末端焊枪位姿，并根据焊缝类型用不同颜色生成每条焊缝的可视化三维模型；其中所述焊缝类型包括但不限于立焊、角焊、平焊；其中所述末端焊枪位姿是指焊接机器人焊接焊缝时固定在焊接机器人末端的焊枪的位姿；其中所述焊缝定义模块包括辅助工具和焊缝定义工具两部分，用户在虚拟环境中利用辅助工具创建辅助点、线、面，基于辅助工具创建的点、线、面和待焊接工件三维模型的几何特征信息来修改、创建不同类型的焊缝和定义末端焊枪位姿，并对每条焊缝进行离散化得到每条焊缝离散后的点位信息和末端焊枪位姿；其中所述辅助工具包括但不限于等分工具、平移工具、最短线段、操纵器；其中所述等分工具是指获得虚拟空间中任意的线段、圆弧、曲线指定的等分点；其中所述平移工具是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移，包括但不限于沿着指定方向和距离平移，指定方向可以为两个点之间的方向、直线的切向方向、面的法线方向；其中所述最短线段是指获取虚拟空间中任意两个点、线、面之间的最短线段，以帮助用户更准确地定义焊缝；其中所述操纵器是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移、旋转、缩放等操作；其中所述焊缝定义工具是指用户通过选择虚拟空间中的点、线、面来创建不同类型的焊缝，并定义机器人末端焊枪的位姿，以实现自动化焊接；其中所述焊缝编辑模块包含焊缝信息可视化列表，焊缝信息可视化列表储存虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块定义好的焊缝的焊缝信息，焊缝信息为焊缝离散后的点位信息和机器人末端焊枪位姿，当用户选中焊缝信息可视化列表中的一条焊缝信息，虚拟环境中对应的焊缝可视化三维模型高亮显示，当选中一个焊缝可视化三维模型，焊缝信息可视化列表中对应的焊缝信息亦高亮显示，用户可以选中焊缝信息可视化列表中的任意焊缝信息来修改和删除焊缝信息，也可以通过选中虚拟环境中焊缝的可视化三维模型来进行修改和删除焊缝信息，对于多条焊缝，用户可以通过改变焊缝信息可视化列表中焊缝信息的排列顺序来定义实际焊接工作中焊接的顺序，也可以在两两焊缝之间通过焊缝定义模块中的辅助工具创建辅助点来定义过渡点或者定义一个安全平面高度，用于将相邻焊缝连接成连贯的焊接机器人焊接轨迹；其中所述过渡点，是指焊接机器人焊接完一条焊缝后焊接下一条焊缝前，为避免焊枪与待焊接工件发生碰撞，焊接机器人先移动到过渡点，再移动到下一条焊缝的起点进行焊接；其中所述安全平面高度，是指焊接机器人焊接完一条焊缝后，在焊接下一条焊缝前为
了避免焊枪与待焊接工件发生碰撞，焊接机器人末端焊枪向上退到一个安全的高度，在安全的高度上平移到下一条焊缝的起点的上方再下降到焊缝的起点进行焊接；其中所述焊接轨迹生成模块，是指基于自动识别的待焊接工件上的焊缝以及用户在虚拟环境中所定义的焊缝轨迹，结合用户定义的焊接顺序和插入的过渡点或定义的安全平面高度自动生成焊接机器人焊接轨迹；该系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明富，朱凌枫，王飞鸿，李想，舒召民，陈焱龙，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：