【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接机器人，尤其涉及一种三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法及系统。
技术介绍
1、随着我国制造业的战略转型，我国工业机器人技术得到了迅速的发展，在焊接作业中，焊接机器人也起到了重要的作用，其主要对前道工序装配好的部件进行自动化、智能化焊接，相较于人工焊接，焊接机器人拥有更高的稳定性以及更高的质量保证，并且能够大幅提高生产效率。
2、但目前焊接机器人工作方式以“示教-再现”为主，即在焊接工作前通过人工使用示教器逐点记录焊接路径及不同点位的焊接动作，在此基础上焊接机器人通过示教器得到的数据进行焊接工作。此方法可以根据焊缝特征在相应的位置进行位置与姿态的示教操作，但是示教过程繁琐，且示教的精度很依赖于人工的技术和状态，难以得到稳定且准确的示教结果，影响焊接质量稳定性。
3、在围绕焊接位置调节的众多研究中，现有技术通过传感器检测焊缝坐标，以实时调节焊接过程中的焊枪位置，从而在一定程度上解决人工示教过程繁琐的问题。但该方法仅支持焊枪位置的调节，随着三维曲面焊缝复杂性的提高，不能根据焊缝的起伏及转折进行焊枪姿态的调节，难以适应三维曲面焊缝焊接需求，影响焊接质量。
技术实现思路
1、针对相关技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，引入欧拉角以调整焊枪的偏转角、俯仰角和回转角，实时矫正焊枪姿态和位置，使其贴合于焊缝，适应高难度的三维曲面焊缝，满足复杂焊接要求。
2、为实现上述目的，本专利技术采用
3、一种三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，用于机器人焊接系统，所述机器人焊接系统包括：机器人底座，与所述机器人底座连接的焊枪，设置在所述焊枪处的视觉传感器，所述实时调节方法，包括：
4、标定机器人焊接系统各部件相对位置关系矩阵并建立空间坐标系，所述空间坐标系包括：所述机器人底座所在的基坐标系ow、所述焊枪所在的末端执行器坐标系ot、所述视觉传感器所在的相机坐标系oc；
5、定义机器人焊接过程欧拉角，在末端执行器坐标系ot内建立含欧拉角的方向向量，并通过相机坐标系将其投影到基坐标系下，转换成指示向量；所述欧拉角包括a值、b值、c值，所述欧拉角的a值被定义为所述焊枪的偏转角，所述欧拉角的b值被定义为所述焊枪的俯仰角，所述欧拉角的c值被定义为所述焊枪的回转角；
6、根据所述含欧拉角的方向向量，初始化焊枪姿态及焊枪位置；
7、视觉传感器获取焊缝信息，并根据所述指示向量计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的a、b、c值；
8、根据焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的a、b、c值，调整焊枪姿态。
9、在本专利技术的一些实施例中，标定机器人焊接系统各部件相对位置关系矩阵，包括：
10、获取所述基坐标系ow与所述机器人末端执行器坐标系ot之间的空间变换矩阵wtt；
11、获取所述机器人末端执行器坐标系ot和所述相机坐标系oc之间的空间变换矩阵ttc；
12、建立基坐标系ow与所述相机坐标系oc的位置关系表示：pw＝wttttcpc，其中pw为基坐标系ow中某一点，pc为相机坐标系oc中某一点。
13、在本专利技术的一些实施例中，定义机器人焊接过程欧拉角,在末端执行器坐标系ot内建立含欧拉角的方向向量，并将其投影到基坐标系ow下，转换成指示向量，包括:
14、在所述机器人末端执行器坐标系ot内，生成从原点出发的与x、y、z三轴重合的方向向量，分别为其中x轴为焊枪前进方向、y轴为焊枪水平移动方向、z轴为焊枪垂直移动方向；即，在xy平面内所述方向向量与x轴方向的夹角为欧拉角的a值；在xz平面内所述方向向量与z轴的夹角为欧拉角的b值；在yz平面内所述方向向量与y轴的夹角为欧拉角的c值；
15、将所述方向向量均通过空间变换矩阵wtt得到所述基坐标系ow下的指示向量，包括：偏转指示向量俯仰指示向量回转指示向量
16、在本专利技术的一些实施例中，根据所述含欧拉角的方向向量，初始化焊枪位置，包括：
17、根据所述基坐标系ow与所述相机坐标系oc的位置关系，获取焊缝初始距离在所述基坐标系ow下的一系列坐标点，并投影到基坐标系ow下的xy平面和xz平面，获得在对应平面内的一系列二维坐标点；
18、基于对应平面内的一系列二维坐标点，通过最小二乘拟合以获得所述焊缝初始距离在基坐标系ow内xy平面的拟合直线和xz平面的拟合直线；
19、移动焊枪位置，使其在基坐标系ow的xy平面和xz平面的投影点位于对应平面的拟合直线的中点上，以完成焊枪位置的初始化。
20、在本专利技术的一些实施例中，根据所述含欧拉角的方向向量，初始化焊枪姿态，包括：
21、控制焊枪姿态，在所述机器人末端执行器坐标系ot内，使所述欧拉角a值、欧拉角b值、欧拉角c值均为0，以完成焊枪姿态的初始化。
22、在本专利技术的一些实施例中，获取焊缝信息，根据所述指示向量计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的a、b值，包括：
23、根据所述基坐标系ow与所述相机坐标系oc的位置关系，获取焊缝下一时段的焊接距离在所述基坐标系ow下的一系列坐标点，并投影到基坐标系ow下的xy平面和xz平面，以获得在对应平面内的一系列二维坐标点；
24、基于对应平面内的一系列二维坐标点，通过最小二乘法拟合以获得所述焊缝下一时段的焊接距离在基坐标系ow下xy平面内的多条拟合直线和xz平面的多条拟合直线；
25、在对应平面内，将多条拟合直线通过圆滑过渡算法重新拟合成一条连续的焊缝曲线方程，包括：yxy＝fxy(x)、xxz＝fxz(z)；其中，yxy为基坐标系ow下xy平面内所拟合的焊缝曲线，fxy(x)为其焊缝曲线方程；xxz为为基坐标系ow下xz平面内所拟合的焊缝曲线，fxz(z)为其焊缝曲线方程；
26、根据所述偏转指示向量与所述焊缝曲线方程yxy＝fxy(x)所预设的几何关系，计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的a值；
27、根据所述俯仰指示向量与所述焊缝曲线方程xxz＝fxz(z)所预设的几何关系，计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的b值。
28、在本专利技术的一些实施例中，根据所述指示向量计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的c值，包括：
29、根据所述基坐标系ow与所述相机坐标系oc的位置关系，获取焊缝当前时刻的焊缝点及两侧的焊件点在所述基坐标系ow下的一系列坐标点，并投影到基坐标系ow下的yz平面，以获得yz平面内的一系列二维坐标点；
30、基于yz平面内的一系列二维坐标点，通过最小二乘拟合以获得焊件表面倾斜直线zyz＝fyz(y)；其中，zyz为基坐标系ow下yz平面内所拟合的焊件表面倾斜直线，fyz(y)为焊件表面倾斜直线方程；
31、根据所述回转指示向量与所述焊件表面倾斜直线zyz＝fyz(y)所预设的几何关系，计算焊枪贴合于焊缝时的欧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，用于机器人焊接系统，所述机器人焊接系统包括：机器人底座，与所述机器人底座连接的焊枪，设置在所述焊枪处的视觉传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，标定机器人焊接系统各部件相对位置关系矩阵，包括：
3.如权利要求2所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，定义机器人焊接过程欧拉角,在末端执行器坐标系Ot内建立含欧拉角的方向向量，并将其投影到基坐标系OW下，转换成指示向量，包括:
4.如权利要求3所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，根据所述含欧拉角的方向向量，初始化焊枪位置，包括：
5.如权利要求3或4任一项所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，根据所述含欧拉角的方向向量，初始化焊枪姿态，包括：
6.如权利要求5所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，根据所述指示向量计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的a、b值，包括：>
7.如权利要求6所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，根据所述指示向量计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的c值，包括：
8.如权利要求7所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，各所述指示向量与所述焊缝曲线方程之间所预设的几何关系，包括：
9.如权利要求8所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，计算焊枪贴合于焊缝时的欧拉角的a、b、c值，包括：
10.一种三维曲面焊缝机器人系统，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法。
...【技术特征摘要】
1.一种三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，用于机器人焊接系统，所述机器人焊接系统包括：机器人底座，与所述机器人底座连接的焊枪，设置在所述焊枪处的视觉传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，标定机器人焊接系统各部件相对位置关系矩阵，包括：
3.如权利要求2所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，定义机器人焊接过程欧拉角,在末端执行器坐标系ot内建立含欧拉角的方向向量，并将其投影到基坐标系ow下，转换成指示向量，包括:
4.如权利要求3所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，根据所述含欧拉角的方向向量，初始化焊枪位置，包括：
5.如权利要求3或4任一项所述的三维曲面焊缝机器人焊接过程姿态实时调节方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐东辉，王辉，郑旭宸，彭一凡，王佳腾，张永强，李正浩，杨仕达，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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