CN109623229A - 一种基于机器人焊接的手眼协作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器人焊接的手眼协作系统，包括控制系统、以及与控制系统通信连接的机器人系统、智能拍照系统、焊接系统和工件系统；机器人系统包括连接臂，智能拍照系统和焊接系统连接设于连接臂的上端部，通过机器人系统调整智能拍照系统和焊接系统的位置；智能拍照系统抓取工件系统上焊接特征点以识别形成所需焊接的焊缝特征点并将焊缝特征点传送到控制系统，控制系统通过焊缝特征点进行机器人系统的路径和位姿控制，配合焊接系统完成焊接。将本发明基于机器人焊接的手眼协作系统通过机器人自动控制其完成焊接工作，从工作环境而言，将工人解脱出来，降低了工人的工作强度、提高精度而言、能够极大缩短焊接时间。

Description

一种基于机器人焊接的手眼协作系统

技术领域

本发明涉及机器人自动焊接技术领域，具体涉及一种基于机器人焊接的手眼协作系统。

背景技术

目前国内外机器人自动化焊接行业，都在不同的方向进行创新或者改进以满足不同的焊接需要，但是都不同程度的存在各自的焊接缺陷，只能针对某种特定的焊接轨迹或者焊接工艺，不具备焊接的通用的性，不能真正实现智能自动焊接。

比如(1)申请号为201720439135.7的专利公开了一种自动焊接系统，此发明焊接系统包括焊条送出机构、机器人臂、机器人控制装置和焊接机构,采用焊条送出机构和焊接机构配合,完成普通焊条的自动焊接。本发明，焊条的抓取、保持和丢弃需要抓取组件物理完成，在焊接的过程中由于采用传统的焊条，所以换取的焊条过程中会出现二次夹持误差，这导致焊接精度低，并且传统焊接存在焊接氧化皮，就焊接功能而言不具备柔性焊接功能，只能针对特定的工件和特定的焊接工位，并且不具备自动扫描识别功能。(2)申请号为201310378467.5的专利公开了一种自动焊接系统和自动焊接方法，该发明通过程序控制、自动执行焊接工件，包括：激光光源，用于产生激光束；激光扫面头，用于接受激光源的激光束并将激光束聚焦在工作区域的目标位置处；视觉系统；和移动装置，用于在视觉系统的引导下移动待焊接的产品，使产品的待焊接部位与所述目标位置一致，以便用聚焦的激光束加热设置在产品的带焊接部位处的焊料，从而实现焊接。其不足之处是在工件移动过程中激光扫描头不能自主全面的识别工件上需要焊接的部位，比如工件背面，不具备自动追踪扫描的功能。(3)申请号201820239744.2的专利公开了一种自动焊接系统，采用焊缝测量仪采集数据,测量仪将采集的数据发送至计算机设备,计算机设备将获取的数据转化为机器人可以识别的有效数据,进而控制机器人、焊接平台进行工作,从而实现了单件的焊接工件进行自动焊接。此发明中，机器人，焊接工件，检测仪器都安装在焊接旋转工作平台上，在扫描焊缝的过程中需要人工手持测量仪的末端,使测量仪沿着焊缝的起点移至终点，因此自动扫描功能，效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于机器人焊接的手眼协作系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种基于机器人焊接的手眼协作系统，包括控制系统、以及与所述控制系统通信连接的机器人系统、智能拍照系统、焊接系统和工件系统；所述机器人系统包括机械臂，所述智能拍照系统和所述焊接系统连接设于所述连接臂的上端部，通过机器人系统调整所述智能拍照系统和所述焊接系统的位置；所述智能拍照系统抓取工件系统上焊接特征点以识别形成所需焊接的焊缝特征点并将焊缝特征点传送到控制系统，所述控制系统通过焊缝特征点进行所述机器人系统的路径和位姿控制，配合焊接系统完成焊接。

进一步的，所述智能拍照系统包括相机，在所述相机下方设有镜头、光圈和光源；所述光源为圆环型光源，所述镜头对应处于圆环型光源的中心。

进一步的，所述工件系统包括九宫格检测板，所述九宫格检测板安装在待焊接的工件上；所述相机拍摄并识别所述九宫格检测板上的特征点，将特征点的数据传输到所述控制系统，所述控制系统根据所传输的数据建立系统焊接坐标系。

进一步的，建立系统焊接坐标系后，所述相机进行焊缝特征点拍摄和识别，并将焊缝特征点的坐标数据发送给控制系统生成相应的坐标数据进行存储，并根据拍摄的先后顺序进行编号；所述机器人系统的视觉工艺系统将两个以上的拍摄编号的坐标数据进行处理，即将坐标数据转换到已定义的系统焊接坐标系。

进一步的，所述控制系统根据编号的坐标数据自动完成轨迹规划并生成相应的程序进行机器人系统的路径和位姿控制，配合焊接系统完成焊接。

进一步的，所述焊接系统包括焊枪；在所述机械臂的一端安装有机器人法兰，所述焊枪安装在所述机器人法兰上，且所述焊枪的前端倾斜向下延伸，所述相机连接设于所述机器人法兰的侧方，所述焊枪和所述相机与所述控制系统连接。

进一步的，在所述焊枪的上方设有防碰撞结构，所述防碰撞结构相对所述焊枪向上凸出。

进一步的，所述相机通过连接块设于所述机器人法兰的侧方。

进一步的，在所述相机上设有通信接口。

本发明的有益效果在于：将本发明基于机器人焊接的手眼协作系统将机器人系统、智能拍照系统、焊接系统和工件系统结合，自动完成焊接工作，从工作环境而言，将工人解脱出来，降低了工人的工作强度；从提高精度而言，由于引进了智能拍照系统，完成自动拍照，机器人控制系统通过对采集数据进行分析处理，再根据处理数据进行机器人位姿调整以完成焊接，能够大大提高焊接精度；就焊接效率而言，代替人工焊接，减少中间不必要的时间，能够缩短焊接时间。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明一种基于机器人焊接的手眼协作系统结构示意图。

图2为本发明一种基于机器人焊接的手眼协作系统局部结构示意图。

图3为本发明一种基于机器人焊接的手眼协作系统待焊接工件结构示意图。

图中，1为相机，2为镜头，3为光圈，4为光源，5为检测板，6为工件，7为工作台，8为焊枪，9为连接臂，10为机器人法兰，11为防碰撞结构，12为连接块，13为通信接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1至图3所示，本发明一种基于机器人焊接的手眼协作系统，包括控制系统、以及与控制系统通信连接的机器人系统、智能拍照系统、焊接系统和工件系统。机器人系统包括机械臂，智能拍照系统和焊接系统连接设于机械臂的上端部，通过机器人系统调整智能拍照系统和焊接系统的位置。智能拍照系统抓取工件系统上焊接特征点以识别形成所需焊接的焊缝特征点并将焊缝特征点传送到控制系统，控制系统通过焊缝特征点进行机器人系统的路径和位姿控制，配合焊接系统完成焊接。

智能拍照系统包括相机1，在相机1下方设有镜头2、光圈3和光源4。光源4为圆环型光源4，镜头2对应处于圆环型光源4的中心。本实施方式中使用圆形光源4，使光照更均匀，体积更小。通过调整智能拍照系统上镜头2的焦距和光圈3到合适的位置以保证相机1拍照清晰。

本实施方式中，在相机1拍摄前可根据机器人有标定相机的视野平面的视觉工艺对角度、视野范围做预处理：(1)角度预处理为指定角度范围；(2)视野预处理为指定坐标值范围。

工件系统包括九宫格检测板5，九宫格检测板5安装在待焊接的工件6上，工件6放置在工作台7上。相机1拍摄并识别九宫格检测板5上的特征点，将特征点的数据传输到控制系统，控制系统根据所传输的数据建立系统焊接坐标系。在本实施方式中，九宫格检测法为按照九宫格排列的九个点，作为机器人视觉的识别对象，根据九点相对位置固定的特点，只需要识别其中一个点，作为参考基点，由于其他八个点和参考基点的位置固定，因此都可以选为抓取点，而且机器人在可抓取范围内可以运动到任何一个需要抓取的点。机器人可以在多个位置拍摄识别特征点来建立坐标系，灵活处理在不同平面的各个识别点。在其他实施方式中，相机1也可通过拍摄工件6上比较有代表性的特征孔或点并通过相机1上位机的软件识别特征点将点的数据传输到控制系统，控制系统根据所传输的数据建立系统焊接坐标系。

建立系统焊接坐标系后，相机1进行焊缝特征点拍摄并通过上位机软件识别，并将焊缝特征点的坐标数据通过TCP通讯发送给控制系统生成相应的坐标数据进行存储，并根据拍摄的先后顺序进行编号；机器人系统的视觉工艺系统将两个以上的拍摄编号的坐标数据进行处理，即将坐标数据转换到已定义的系统焊接坐标系。在本实施方式中，相机上位机采用WIN7操作系统和双千兆网口，为相机和算法提供可靠平台。

控制系统根据编号的坐标数据自动完成轨迹规划并生成相应的程序进行机器人系统的路径和位姿控制，配合焊接系统完成焊接。

在本实施方式中，焊接系统包括焊枪8，机器人系统包括机械臂9；在机械臂9的一端安装有机器人法兰10，焊枪8设于机器人法兰10的中部，且焊枪8的前端倾斜向下延伸，相机1连接设于机器人法兰10的侧方，焊枪8和相机1与控制系统连接。

进一步的，在焊枪8的上方设有防碰撞结构11，防碰撞结构11相对焊枪8向上凸出。防碰撞结构11会根据焊枪8所处的环境(是否发生碰撞等情况)进行防碰撞保护，一旦焊枪8发生碰撞等危险动作，防碰撞功能自动启动完成机器急停，起到机器人保护作用。相机1通过连接块12设于机器人法兰10的侧方。在相机1上设有通信接口13。

在本实施方式中，相机上位机采用WIN7操作系统和双千兆网口，为相机和算法提供可靠平台；相机光源、拍照、图像处理的开关信号可由机器人控制；机器人可以在多个位置拍摄识别对象，灵活处理在不同平面的各个识别点；相机的定制算法可以排除环境干扰，准确识别出特征点；相机上位机软件识别出特征点，并通过TCP通讯将坐标数据发送给机器人；机器人有标定相机的视野平面的视觉工艺，还可对角度，视野范围做预处理；机器人的视觉工艺将视觉坐标转换成机器人的自定义坐标；机器人将视觉识别的点作为参考点，可给出多个抓取点供用户使用；机器人有单个坐标点接受或多个坐标的数据格式，满足一次拍照识别多点的需求。

本发明主要是将工业智能相机跟机器人自动焊接功能相结合，通过相机拾取焊接工位上相应的焊接点以进行焊缝自动规划，通过对智能相机传输的进行处理数据进行机器人的位置与位姿调整，通过控制系统完成焊缝焊接，并且跟焊接要求满足不同的焊接工件，将机器人系统、焊接系统等形成的“手”与智能拍照系统形成的“眼”完美结合，真正实现智能化焊接。这样既能提高焊接精度与效率又能减轻工作强度，还能保证焊接安全，致使总体成本得以有效的控制。

将本发明基于机器人焊接的手眼协作系统安装在机器人手臂端部，通过机器人自动控制其完成焊接工作，从工作环境而言，将工人解脱出来，降低了工人的工作强度；从提高精度而言，由于引进了工业智能相机，完成自动拍照，机器人控制系统通过对采集数据进行分析处理，再根据处理数据进行机器人位姿调整以完成焊接，能够大大提高焊接精度；就焊接效率而言，代替人工焊接，减少中间不必要的时间，能够极大缩短焊接时间。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”等，其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“安装”、“相连”、“连接”，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (9)

1.一种基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：包括控制系统、以及与所述控制系统通信连接的机器人系统、智能拍照系统、焊接系统和工件系统；所述机器人系统包括机械臂，所述智能拍照系统和所述焊接系统连接设于所述机械臂的上端部，通过机器人系统调整所述智能拍照系统和所述焊接系统的位置；所述智能拍照系统抓取工件系统上焊接特征点以识别形成所需焊接的焊缝特征点并将焊缝特征点传送到控制系统，所述控制系统通过焊缝特征点进行所述机器人系统的路径和位姿控制，配合焊接系统完成焊接。

2.根据权利要求1所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：所述智能拍照系统包括相机，在所述相机下方设有镜头、光圈和光源；所述光源为圆环型光源，所述镜头对应处于圆环型光源的中心。

3.根据权利要求2所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：所述工件系统包括九宫格检测板，所述九宫格检测板安装在待焊接的工件上；所述相机拍摄并识别所述九宫格检测板上的特征点，将特征点的数据传输到所述控制系统，所述控制系统根据所传输的数据建立系统焊接坐标系。

4.根据权利要求3所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：建立系统焊接坐标系后，所述相机进行焊缝特征点拍摄和识别，并将焊缝特征点的坐标数据发送给控制系统生成相应的坐标数据进行存储，并根据拍摄的先后顺序进行编号；所述机器人系统的视觉工艺系统将两个以上的拍摄编号的坐标数据进行处理，即将坐标数据转换到已定义的系统焊接坐标系。

5.根据权利要求4所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：所述控制系统根据编号的坐标数据自动完成轨迹规划并生成相应的程序进行机器人系统的路径和位姿控制，配合焊接系统完成焊接。

6.根据权利要求5所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：所述焊接系统包括焊枪；在所述机械臂的一端安装有机器人法兰，所述焊枪设于所述机器人法兰的中部，且所述焊枪的前端倾斜向下延伸，所述相机连接设于所述机器人法兰的侧方，所述焊枪和所述相机与所述控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：在所述焊枪的上方设有防碰撞结构，所述防碰撞结构相对所述焊枪向上凸出。

8.根据权利要求7所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：所述相机通过连接块设于所述机器人法兰的侧方。

9.根据权利要求8所述的基于机器人焊接的手眼协作系统，其特征在于：在所述相机上设有通信接口。