CN103192165A - 基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人 - Google Patents

Abstract

基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人，属于机器人领域，本发明为解决现有焊接机器人焊接质量差的问题。本发明包括控制装置、两个CCD摄像机、六自由度机械手、焊接器、焊枪和焊接电源，两个CCD摄像机对称安装在六自由度机械手的驱动摆臂上，一个CCD摄像机用于监测焊枪与工件之间的电弧，另一个CCD摄像机用于监测熔池；两个CCD摄像机的视觉跟踪信号输出端与控制装置的视觉跟踪信号输入端相连；控制装置的焊接指令输出端与六自由度机械手的输入端相连；六自由度机械手带动焊接器和焊枪作六自由度移动，焊接器配合焊枪对工件进行焊接；焊接电源为焊接器和工件供电。

Description

基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人

技术领域

本发明涉及基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人，属于机器人领域。

背景技术

焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。焊接机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊(割)枪的，使之能进行焊接操作。

通常，焊接机器人用于工业领域焊接包括钢板的各种金属。焊接主要分成点焊和弧焊。在点焊中，固定的焊枪对固定在一个夹具上的工件上的某一点执行焊接。在弧焊中，可移动的焊枪可沿着工件的焊接路径执行焊接，弧焊主要用于机器人焊接。

弧焊是一种当接入焊条时，在焊枪和工件之间形成强电流的焊接方法，以使得融化的焊条和工件立即的融合。当执行弧焊时，提供的电压、焊枪和工件之间的距离、焊条接入的速度、焊枪的摇晃速度、焊接路径上的焊接起始点和终结点都是根据工件的类型和工件的焊接等级预先设置好的，并且将这些设置数值提供机器人控制器。实际上，工件上的焊接路径被精确地跟踪，然后执行焊接工作以便获得焊接的高质量。出于这个目的，焊接机器人的移动跟踪技术已经被开发和商品化。

现有的焊接机器人采用的技术方案大概为：根据设置的程序，沿着既定的路线进行焊接，如果工件的位置与既定位置有偏差，则焊接质量差，或导致完全失败。

发明内容

本发明目的是为了解决现有焊接机器人焊接质量差的问题，提供了一种基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人。

本发明所述基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人，它包括控制装置、两个CCD摄像机、六自由度机械手、焊接器、焊枪和焊接电源，

两个CCD摄像机对称安装在六自由度机械手的驱动摆臂上，一个CCD摄像机用于监测焊枪与工件之间的电弧，另一个CCD摄像机用于监测熔池；

两个CCD摄像机的视觉跟踪信号输出端与控制装置的视觉跟踪信号输入端相连；

控制装置的焊接指令输出端与六自由度机械手的输入端相连；

六自由度机械手带动焊接器和焊枪作六自由度移动，焊接器配合焊枪对工件进行焊接；

焊接电源为焊接器和工件供电。

本发明的优点：

1)稳定和提高了焊接质量；即使工件放置位置有偏差，也能很好的完成焊接工作；

2)提高劳动生产率；

3)改善工人劳动强度，可在有害环境下工作。

附图说明

图1是本发明所述基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人的原理框图；

图2是控制装置1的原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人，它包括控制装置1、两个CCD摄像机2、六自由度机械手3、焊接器4、焊枪5和焊接电源6，

两个CCD摄像机2对称安装在六自由度机械手3的驱动摆臂上，一个CCD摄像机2用于监测焊枪5与工件之间的电弧，另一个CCD摄像机2用于监测熔池；

两个CCD摄像机2的视觉跟踪信号输出端与控制装置1的视觉跟踪信号输入端相连；

控制装置1的焊接指令输出端与六自由度机械手3的输入端相连；

六自由度机械手3带动焊接器4和焊枪5作六自由度移动，焊接器4配合焊枪5对工件进行焊接；

焊接电源6为焊接器4和工件供电。

存储部1-3设置对机器人的启动、急停的操作指令，根据焊件的形状手动进行各种点，直线圆弧的插补。两个CCD摄像机2采集视觉信号输出给控制装置1，控制装置1对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，处理后控制六自由度机械手3、焊接器带动焊枪5，对工件进行焊接操作。

整个控制系统可以随着焊接条件和环境的变化自动对机器人的工作方式进行调整，焊接机器人对焊接条件的要求降低，自适应能力增强，可靠性提高。

视觉传感器和接近传感器可以监测机器人手臂的受力、启动和急停时冲击状况，并能够对其进行实时调整，通过对焊缝的熔池信息的反馈处理，从而提高了焊接机器人焊接的灵活性、稳定性和精确性。激光视觉系统和接触传感器能够保证焊枪的高精度运动，提高焊缝的焊接质量。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括通信电路7和计算机8，控制装置1通过通信电路7和计算机8进行通信。

具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，控制装置1包括图像采集卡1-1、图像处理部1-2、存储部1-3、焊接控制器1-4和机械控制部1-5；

机械控制部1-5包括目标运算部1-5-1、行进修正运算部1-5-2、旋转修正运算部1-5-3、目标关节角度运算部1-5-4和驱动部1-5-5，

目标运算部1-5-1的输出端与行进修正运算部1-5-2的输入端相连；

行进修正运算部1-5-2的输出端与旋转修正运算部1-5-3的输入端相连；

旋转修正运算部1-5-3的输出端与驱动部1-5-5的输入端相连，驱动部1-5-5的输出端与六自由度机械手3的驱动指令输入端相连；

图像采集卡1-1接收两个CCD摄像机2的视觉跟踪信号，图像采集卡1-1的输出端与图像处理部1-2的输入端相连，图像处理部1-2的输出端与行进修正运算部1-5-2的控制端相连；

存储部1-3的第一输出端与机械控制部1-5的控制端相连；

存储部1-3的第二输出端与焊接控制器1-4的输入端相连，焊接控制器1-4的输出端同时与焊枪5和焊接电源6的输入端相连。

目标运算部1-5-1：计算出所述焊枪夹持电极中前行极在固定垂直坐标系中的下一时刻的位置及姿势的目标值；

行进修正运算部1-5-2：根据两个CCD摄像机2反馈的位置偏差，计算出所述前行极的下一时刻的位置及姿势在所述固定坐标系中的平移方向的修正量即平移修正量，且根据该平移修正量对所述目标值进行修正而计算出一次修正目标值；

转修正运算部1-5-3：计算出旋转修正量，该旋转量用于对因所述平移修正量的修正而产生的实际焊缝与后行极之间的位置偏差进行修正，并计算出二次修正目标值，该二次修正目标值通过使焊枪围绕所述前行极仅旋转了该旋转修正量的方式对所述一次修正目标值进行修正而计算出；

目标关节角度运算部1-5-4：根据既定的目标关节角度及转修正运算部1-5-3计算出的二次修正目标值获取驱动目标关节的角度值；

驱动部1-5-5：根据计算出的驱动目标关节的角度值输出驱动指令给六自由度机械手3。

Claims (3)

1.基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人，其特征在于，它包括控制装置(1)、两个CCD摄像机(2)、六自由度机械手(3)、焊接器(4)、焊枪(5)和焊接电源(6)，

两个CCD摄像机(2)对称安装在六自由度机械手(3)的驱动摆臂上，一个CCD摄像机(2)用于监测焊枪(5)与工件之间的电弧，另一个CCD摄像机(2)用于监测熔池；

两个CCD摄像机(2)的视觉跟踪信号输出端与控制装置(1)的视觉跟踪信号输入端相连；

控制装置(1)的焊接指令输出端与六自由度机械手(3)的输入端相连；

六自由度机械手(3)带动焊接器(4)和焊枪(5)作六自由度移动，焊接器(4)配合焊枪(5)对工件进行焊接；

焊接电源(6)为焊接器(4)和工件供电。

2.根据权利要求1所述基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人，其特征在于，它还包括通信电路(7)和计算机(8)，控制装置(1)通过通信电路(7)和计算机(8)进行通信。

3.根据权利要求1所述基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人，其特征在于，控制装置(1)包括图像采集卡(1-1)、图像处理部(1-2)、存储部(1-3)、焊接控制器(1-4)和机械控制部(1-5)；

机械控制部(1-5)包括目标运算部(1-5-1)、行进修正运算部(1-5-2)、旋转修正运算部(1-5-3)、目标关节角度运算部(1-5-4)和驱动部(1-5-5)，

目标运算部(1-5-1)的输出端与行进修正运算部(1-5-2)的输入端相连；

行进修正运算部(1-5-2)的输出端与旋转修正运算部(1-5-3)的输入端相连；

旋转修正运算部(1-5-3)的输出端与驱动部(1-5-5)的输入端相连，驱动部(1-5-5)的输出端与六自由度机械手(3)的驱动指令输入端相连；

图像采集卡(1-1)接收两个CCD摄像机(2)的视觉跟踪信号，图像采集卡(1-1)的输出端与图像处理部(1-2)的输入端相连，图像处理部(1-2)的输出端与行进修正运算部(1-5-2)的控制端相连；

存储部(1-3)的第一输出端与机械控制部(1-5)的控制端相连；

存储部(1-3)的第二输出端与焊接控制器(1-4)的输入端相连，焊接控制器(1-4)的输出端同时与焊枪(5)和焊接电源(6)的输入端相连。

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