CN113245731A - 基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法 - Google Patents

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CN113245731A CN202110071365.3A CN202110071365A CN113245731A CN 113245731 A CN113245731 A CN 113245731A CN 202110071365 A CN202110071365 A CN 202110071365A CN 113245731 A CN113245731 A CN 113245731A
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蔡建辉
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Abstract

本发明公开了基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,具体包括以下步骤:S1、几何建模:通过建模软件进行几何建模,与工作工件进行布局,使离线编程可视化;S2、机器人轨迹生成:选择相应的工业机器人型号,然后根据选择的工业机器人型号建立模型库,生成机器人轨迹;本发明涉及工业机器人技术领域。该基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,通过本发明的标定方法,采用非示教的方式,利用离线编程生成轨迹,然后利用激光视觉传感器修正坐标系的位置,操作快捷方便,精度高,相对比现有编程方法,既解决了人工示教带来的效率低下,又解决了离线编程方式中轨迹偏差的问题。

Description

基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程 方法
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域,具体为基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法。
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,根据国际标准化组织(ISO)工业机器人属于标准焊接机器人的定义,工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机(Manipulator),具有三个或更多可编程的轴,用于工业自动化领域,为了适应不同的用途,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,切割或热喷涂。
现代制造业中,焊接被广泛的应用于机械制造、石油化工、航空航天等领域,工业机器人在焊接中的比例也占到50%左右,机器人焊接已经成为焊接自动化的主流方向,为满足机器人焊接生产的高精度、高效率要求,基于视觉传感器的焊缝跟踪模块成为机器人焊接系统的关键组成部分,目前焊接机器人示教主要有以下两种方式:1、示教-再现的工作方式,由于操作简单、不需要环境模型、示教时可以修正机械结构带来的误差等特点,在工业焊接生产中得到了广泛应用;2、基于离线仿真软件的离线编程式工作方式,利用计算机图形技术,实现对焊接任务的离线规划。
在上述方式中,人工示教的方式效率低且精度不能保证一致性,同时采用离线编程的方式,其生成的轨迹往往与实际的现场会有偏差,还需要进行二次精调,而导致偏差的原因主要以下几方面:1、机器人的绝对精度不足;2、坐标系的校准误差;3、产品本身加工误差,因此针对上述问题,本发明做出以下改进。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,解决了现有机器人采用人工示教或是离线编程的这两种方式,方式效率低且精度不能保证一致性,生成的轨迹往往与实际的现场会有偏差,还需要进行二次精调的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,具体包括以下步骤:
S1、几何建模:通过建模软件进行几何建模,与工作工件进行布局,使离线编程可视化;
S2、机器人轨迹生成:选择相应的工业机器人型号,然后根据选择的工业机器人型号建立模型库,生成机器人轨迹;
S3、激光跟踪程序的生成:根据S2中所生成的轨迹程序经过加载与后处理动态库转换成fanuc机器人可识别的程序;
S4、工件与机器人相对位置关系的建立:利用S3中所生成的激光跟踪程序扫描工件四个位置,生成两条直线,通过算法精准的计算出两条直线的交点,然后以交点为原点,取其中任一条直线为坐标系的X轴,通过计算建立坐标系,精准得到工件坐标系与机器人坐标系的相对位置关系,建立与机器人的联系;
S5、焊接路径的最终生成:最终生成机器人焊接路径。
优选的,所述步骤S1中的建模软件采用3Ds MAX、Maya或Solid works中其中的一种。
优选的,所述步骤S2中选择的工业机器人型号为Fanuc-R-2000iB。
优选的,所述步骤S4中激光跟踪程序扫描工件四个位置,记为P1、P2、P3、P4;
设置方向向量v1=p2-p1、W2=P4-P3,将V1向量单位化:
V1.x=v.x/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
V1.y=v.y/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
V1.z=v.z/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
通过v1与W2向量积可得垂直于V1与W2的向量v3:
V3.x=w2.y*v1.z-w2.z*v1.y;
V3.y=w2.z*v1.x-w2.x*v1.z;
V3.z=w2.x*v1.y-w2.y*v1.x;
将V3向量单位化:
V3.x=v.x/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
V3.y=v.y/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
V3.z=v.z/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
通过v1与v3向量积可得V2:
V2.x=v1.y*v3.z-v1.z*v3.y;
V2.y=v1.z*v3.x-v1.x*v3.z;
V2.z=v1.x*v3.y-v1.y*v3.x。
优选的,所述v1、v2和v3即为机械臂的坐标系向量,对应得出机械臂的用户坐标系base1,用于建立与机器人的相对位置关系。
(三)有益效果
本发明提供了基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法。具备以下有益效果:该基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,具体包括以下步骤:S1、几何建模:通过建模软件进行几何建模,与工作工件进行布局,使离线编程可视化;S2、机器人轨迹生成:选择相应的工业机器人型号,然后根据选择的工业机器人型号建立模型库,生成机器人轨迹;S3、激光跟踪程序的生成:根据S2中所生成的轨迹程序经过加载与后处理动态库转换成fanuc机器人可识别的程序;S4、工件与机器人相对位置关系的建立:利用S3中所生成的激光跟踪程序扫描工件四个位置,生成两条直线,通过算法精准的计算出两条直线的交点,然后以交点为原点,取其中任一条直线为坐标系的X轴,通过计算建立坐标系,精准得到工件坐标系与机器人坐标系的相对位置关系,建立与机器人的联系;S5、焊接路径的最终生成:最终生成机器人焊接路径,通过本发明的标定方法,采用非示教的方式,利用离线编程生成轨迹,然后利用激光视觉传感器修正坐标系的位置,操作快捷方便,精度高,相比现有编程方法,既解决了人工示教带来的效率低下,又解决了离线编程方式中轨迹偏差的问题。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例提供一种技术方案:基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,采用非示教的方式,利用离线编程生成轨迹,然后利用激光视觉传感器修正坐标系的位置,操作快捷方便,精度高,相比现有编程方法,既解决了人工示教带来的效率低下,又解决了离线编程方式中轨迹偏差的问题,此发明方法也可应用在切割以及检测等领域,此发明可应用在各品牌工业机器人上,具体包括以下步骤:
S1、几何建模:通过建模软件进行几何建模,与工作工件进行布局,使离线编程可视化,机器人离线编程,是指操作者在编程软件里构建整个机器人工作应用场景的三维虚拟环境,然后根据加工工艺等相关需求,进行一系列操作,自动生成机器人的运动轨迹,即控制指令,然后在软件中仿真与调整轨迹,最后生成机器人执行程序传输给机器人;
S2、机器人轨迹生成:选择相应的工业机器人型号,然后根据选择的工业机器人型号建立模型库,生成机器人轨迹;
S3、激光跟踪程序的生成:根据S2中所生成的轨迹程序经过加载与后处理动态库转换成fanuc机器人可识别的程序;
S4、工件与机器人相对位置关系的建立:利用S3中所生成的激光跟踪程序扫描工件四个位置,生成两条直线,通过算法精准的计算出两条直线的交点,然后以交点为原点,取其中任一条直线为坐标系的X轴,通过计算建立坐标系,精准得到工件坐标系与机器人坐标系的相对位置关系,建立与机器人的联系;
S5、焊接路径的最终生成:最终生成机器人焊接路径。
本发明实施例中,所述步骤S1中的建模软件采用3Ds MAX、Maya或Solid works中其中的一种,在应用范围方面,广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、以及工程可视化等领域。
本发明实施例中,所述步骤S2中选择的工业机器人型号为Fanuc-R-2000iB。
本发明实施例中,步骤S4中激光跟踪程序扫描工件四个位置,记为P1、P2、P3、P4;
设置方向向量v1=p2-p1、W2=P4-P3,将V1向量单位化:
V1.x=v.x/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
V1.y=v.y/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
V1.z=v.z/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
通过v1与W2向量积可得垂直于V1与W2的向量v3:
V3.x=w2.y*v1.z-w2.z*v1.y;
V3.y=w2.z*v1.x-w2.x*v1.z;
V3.z=w2.x*v1.y-w2.y*v1.x;
将V3向量单位化:
V3.x=v.x/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
V3.y=v.y/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
V3.z=v.z/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
通过v1与v3向量积可得V2:
V2.x=v1.y*v3.z-v1.z*v3.y;
V2.y=v1.z*v3.x-v1.x*v3.z;
V2.z=v1.x*v3.y-v1.y*v3.x。
本发明实施例中,v1、v2和v3即为机械臂的坐标系向量,对应得出机械臂的用户坐标系base1,用于建立与机器人的相对位置关系。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
S1、几何建模:通过建模软件进行几何建模,与工作工件进行布局,使离线编程可视化;
S2、机器人轨迹生成:选择相应的工业机器人型号,然后根据选择的工业机器人型号建立模型库,生成机器人轨迹;
S3、激光跟踪程序的生成:根据S2中所生成的轨迹程序经过加载与后处理动态库转换成fanuc机器人可识别的程序;
S4、工件与机器人相对位置关系的建立:利用S3中所生成的激光跟踪程序扫描工件四个位置,生成两条直线,通过算法精准的计算出两条直线的交点,然后以交点为原点,取其中任一条直线为坐标系的X轴,通过计算建立坐标系,精准得到工件坐标系与机器人坐标系的相对位置关系,建立与机器人的联系;
S5、焊接路径的最终生成:最终生成机器人焊接路径。
2.根据权利要求1所述的基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,其特征在于:所述步骤S1中的建模软件采用3Ds MAX、Maya或Solid works中其中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,其特征在于:所述步骤S2中选择的工业机器人型号为Fanuc-R-2000iB。
4.根据权利要求1所述的基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,其特征在于:所述步骤S4中激光跟踪程序扫描工件四个位置,记为P1、P2、P3、P4;
设置方向向量v1=p2-p1、W2=P4-P3,将V1向量单位化:
V1.x=v.x/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
V1.y=v.y/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
V1.z=v.z/sqrt(v1.x*v1.x+v1.y*v1.y+v1.z*v1.z);
通过v1与W2向量积可得垂直于V1与W2的向量v3:
V3.x=w2.y*v1.z-w2.z*v1.y;
V3.y=w2.z*v1.x-w2.x*v1.z;
V3.z=w2.x*v1.y-w2.y*v1.x;
将V3向量单位化:
V3.x=v.x/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
V3.y=v.y/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
V3.z=v.z/sqrt(v3.x*v3.x+v3.y*v3.y+v3.z*v3.z);
通过v1与v3向量积可得V2:
V2.x=v1.y*v3.z-v1.z*v3.y;
V2.y=v1.z*v3.x-v1.x*v3.z;
V2.z=v1.x*v3.y-v1.y*v3.x。
5.根据权利要求4所述的基于视觉反馈的离线编程式fanuc焊接机器人的新型编程方法,其特征在于:所述v1、v2和v3即为机械臂的坐标系向量,对应得出机械臂的用户坐标系base1,用于建立与机器人的相对位置关系。
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