CN114770520A - 机器人焊接轨迹及姿态的规划方法 - Google Patents

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CN114770520A CN202210571143.2A CN202210571143A CN114770520A CN 114770520 A CN114770520 A CN 114770520A CN 202210571143 A CN202210571143 A CN 202210571143A CN 114770520 A CN114770520 A CN 114770520A
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陈珉
刘俊宏
黄卓文
陈莉
陈旭
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Abstract

本发明涉及焊缝识别技术领域，特别是涉及一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法，包括如下步骤：步骤S1：根据焊接件的形状，确定机器人R运动的起点位置P0；步骤S2：根据焊接件的形状或距离，确定机器人R运动的终点位置Pn；步骤S3：机器人R运动至起点位置P0；步骤S4：在起点位置P0、终点位置Pn之间的路径进行规划，确定出多个初始中途点P1、P2…Pn‑1；步骤S5：按次序经过中途点P1、P2…及至Pn‑1，经过每一个中途点时通过视觉系统C采集与该处中途点位置相对应的焊接件的图像并进行分析，并在分析出焊缝特征时重新对路径进行规划；步骤S6：机器人对焊缝的位置及焊缝特征进行记录。

Description

机器人焊接轨迹及姿态的规划方法
技术领域
本发明涉及焊缝识别技术领域，特别是涉及一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法。
背景技术
近年来，随着机器人技术的不断发展，有一种新的焊接机器人轨迹及姿态规划方法出现，即使用者用手将机器人拖拽至焊接位置(拖拽过程中可以调节各关节的位置，以达到调节机器人姿态的目的)，并用拖拽的让机器人按预想的焊接轨迹及姿态运动，并在拖拽工程中记录机器人的位置、姿态及运动轨迹。这种方法的好处是，使用拖拽的方法取代了示教编程，更为方便快捷，也降低了对使用者的要求。但是依然存在以下问题：1.拖拽精度较差，由于机器人自身的机械设计及控制逻辑，拖拽定位很难达到一个较高的精度，这在焊接应用中是一个显而易见的缺陷，同时拖拽示教对于机器人的位置和姿态无法量化，很难做到精确控制。2.在连续轨迹的拖拽示教过程中，很难保证机器人位置及姿态的稳定性和一致性。因此现有的拖拽示教方式更适合于喷涂，搬运等大动作，而不适合焊接这一类对运动精细度很高的机器人运动方式。
因此，现有技术存在不足，需要改进。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据焊接件的形状，确定机器人运动的起点位置P0；
步骤S2：根据焊接件的形状或距离，确定机器人R运动的终点位置Pn；
步骤S3：机器人运动至起点位置P0；
步骤S4：在起点位置P0、终点位置Pn之间的路径进行规划，确定出多个初始中途点P1、P2…Pn-1；
步骤S5：按次序经过中途点P1、P2…及至Pn-1，经过每一个中途点时通过视觉系统C采集与该处中途点位置相对应的焊接件的图像并进行分析，并在分析出焊缝特征时重新对路径进行规划；
步骤S6：机器人对焊缝的位置及焊缝特征进行记录；
步骤S7：机器人根据焊缝的位置、焊缝特征、轨迹及姿态规划函数计算出机器人焊接轨迹姿态。
优选地，所述步骤S5还包括如下步骤：
步骤S51：示教视觉系统C拍摄焊缝的最佳位置；
步骤S52：示教视觉搜寻方向；
步骤S53：自动规划及搜寻焊缝；
步骤S54：判断焊缝结束点。
本发明还提供一种机器人焊接位置及轨迹的规划方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据焊接件的形状，确定机器人R运动的起点位置P0；
步骤S2：机器人R运动至起点位置P0；
步骤S3：在起点位置P0、终点位置Pn之间的路径进行规划，确定出多个初始中途点P1、P2…Pn-1；
步骤S4：按次序经过中途点P1、P2…及至Pn-1，经过每一个中途点时通过视觉系统C采集与该处中途点位置相对应的焊接件的图像并进行分析，并在分析出焊缝特征时重新对路径进行规划；
步骤S5：机器人R对焊缝的位置及焊缝特征进行记录；
步骤S6：机器人R根据焊缝的位置、焊缝特征、轨迹及姿态规划函数计算出机器人焊接轨迹姿态；
步骤S7：确定机器人R运动的终点位置Pn。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过本方法只需指定机器人运动起点，或起点+终点，无需根据焊缝逐点记录机器人轨迹，提高了机器人轨迹规划的效率；使用视觉系统C对焊缝进行识别和定位，提高了精确度；降低了作业人员的参与度，提高了生产的稳定性以及降低了对作业人员的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法的具体流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
请参阅图1，本发明提供一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据焊接件的形状，确定机器人R运动的起点位置P0；
步骤S2：根据焊接件的形状或距离，确定机器人R运动的终点位置Pn；
步骤S3：机器人R运动至起点位置P0；
步骤S4：在起点位置P0、终点位置Pn之间的路径进行规划，确定出多个初始中途点P1、P2…Pn-1；
步骤S5：按次序经过中途点P1、P2…及至Pn-1，经过每一个中途点时通过视觉系统C采集与该处中途点位置相对应的焊接件的图像并进行分析，并在分析出焊缝特征时重新对路径进行规划；
步骤S6：机器人R对焊缝的位置及焊缝特征进行记录；
步骤S7：机器人R根据焊缝的位置、焊缝特征、轨迹及姿态规划函数计算出机器人焊接轨迹姿态。
在本发明中，起点位置P0及终点位置Pn的确定方法可通过示教编程、离线编程等方式确定。
当分析存在焊缝特征时，记录焊缝位置为V。
优选地，视觉系统C包括2D或3D相机、反映相机与机器人位置关系的手眼转换函数H、焊缝识别定位算法、机器人轨迹及姿态规划函数S及运算单元，其中运算单元包括但不限于电脑、嵌入式系统、PLC等。视觉系统C可以对多种不同的焊缝特征进行识别，如对接焊缝、内角焊缝、V型坡口、平板焊缝及搭接焊缝等；通过手眼转换函数H可将视觉系统C的坐标转换为机器人坐标，当视觉系统C识别到焊缝O且机械臂末端E的位姿为
Figure BDA0003660330760000041
则焊缝0在机械臂坐标系的位姿
Figure BDA0003660330760000042
为：
Figure BDA0003660330760000051
进一步地，步骤S5还包括如下步骤：
步骤S51：示教视觉系统拍摄焊缝的最佳位置。
手动控制机械臂令视觉系统移动至拍摄焊缝的最佳位置(此时焊缝处于视觉系统视野中心、精度较高位置)，通过上述手眼关系，可知焊缝在机械臂坐标系下的位置
Figure BDA0003660330760000052
可计算得最佳拍摄位置下焊缝相对于工具末端E的关系矩阵
Figure BDA0003660330760000053
Figure BDA0003660330760000054
步骤S52：示教视觉搜寻方向。
基于步骤S51获得的
Figure BDA0003660330760000055
再手动控制机械臂令视觉系统扫描至焊缝下一个目标点，获得
Figure BDA0003660330760000056
根据前后两个焊缝目标点，可确定机械臂搜寻位姿
Figure BDA0003660330760000057
Figure BDA0003660330760000058
步骤S53：自动规划及搜寻焊缝。
根据人工给定视觉系统搜寻起点，在没有识别到焊缝时，机械臂带着视觉系统，以
Figure BDA0003660330760000059
运动方式搜寻，直到检测到焊缝点V(V1，W1)时，则开始预判下一个目标点位(P’2,Q’2)，即
Figure BDA00036603307600000510
Figure BDA00036603307600000511
步骤S54：判断焊缝结束点。
具体可通过预先设定的焊缝距离或通过图像自动判别已识别不到焊缝信息自动结束搜寻过程。
根据步骤S5中视觉系统所记录的焊缝特征位置(Vi,Wi)(i＝1,2,3…n)，机器人轨迹及姿态规划函数S(Vi,Wi)，计算得到机器人焊接轨迹姿态(PSi，QSi)(i＝1,2,3…n)
根据提取得到的(Vi,Wi)，可通过三维视觉系统内部转换至
Figure BDA0003660330760000061
同时已知当前拍摄焊缝点位i时的机械臂末端坐标
Figure BDA0003660330760000062
又已知手眼矩阵
Figure BDA0003660330760000063
可求得焊接轨迹姿态(PSi，QSi)，即
Figure BDA0003660330760000064
Figure BDA0003660330760000065
本发明还提供一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法，其相对于上述的方法，不同之处在于机器人R运动的终点位置为最后步骤确认出，包括如下步骤：
步骤S1：根据焊接件的形状，确定机器人R运动的起点位置P0；
步骤S2：机器人R运动至起点位置P0；
步骤S3：在起点位置P0、终点位置Pn之间的路径进行规划，确定出多个初始中途点P1、P2…Pn-1；
步骤S4：按次序经过中途点P1、P2…及至Pn-1，经过每一个中途点时通过视觉系统C采集与该处中途点位置相对应的焊接件的图像并进行分析，并在分析出焊缝特征时重新对路径进行规划；
步骤S5：机器人R对焊缝的位置及焊缝特征进行记录；
步骤S6：机器人R根据焊缝的位置、焊缝特征、轨迹及姿态规划函数计算出机器人焊接轨迹姿态；
步骤S7：确定机器人R运动的终点位置Pn。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过本方法只需指定机器人运动起点，或起点+终点，无需根据焊缝逐点记录机器人轨迹，提高了机器人轨迹规划的效率；使用视觉系统C对焊缝进行识别和定位，提高了精确度；降低了作业人员的参与度，提高了生产的稳定性以及降低了对作业人员的要求。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法，其特征在于：所述机器人焊接位置及轨迹的规划方法包括如下步骤：
步骤S1：根据焊接件的形状，确定机器人R运动的起点位置P0；
步骤S2：根据焊接件的形状或距离，确定机器人R运动的终点位置Pn；
步骤S3：机器人R运动至起点位置P0；
步骤S4：在起点位置P0、终点位置Pn之间的路径进行规划，确定出多个初始中途点P1、P2…Pn-1；
步骤S5：按次序经过中途点P1、P2…及至Pn-1，经过每一个中途点时通过视觉系统C采集与该处中途点位置相对应的焊接件的图像并进行分析，并在分析出焊缝特征时重新对路径进行规划；
步骤S6：机器人R对焊缝的位置及焊缝特征进行记录；
步骤S7：机器人R根据焊缝的位置、焊缝特征、轨迹及姿态规划函数计算出机器人焊接轨迹姿态。
2.如权利要求1所述的机器人焊接轨迹及姿态的规划方法，其特征在于：所述步骤S5还包括如下步骤：
步骤S51：示教视觉系统C拍摄焊缝的最佳位置；
步骤S52：示教视觉搜寻方向；
步骤S53：自动规划及搜寻焊缝；
步骤S54：判断焊缝结束点。
3.一种机器人焊接轨迹及姿态的规划方法，其特征在于：所述机器人焊接位置及轨迹的规划方法包括如下步骤：
步骤S1：根据焊接件的形状，确定机器人R运动的起点位置P0；
步骤S2：机器人R运动至起点位置P0；
步骤S3：在起点位置P0、终点位置Pn之间的路径进行规划，确定出多个初始中途点P1、P2…Pn-1；
步骤S4：按次序经过中途点P1、P2…及至Pn-1，经过每一个中途点时通过视觉系统C采集与该处中途点位置相对应的焊接件的图像并进行分析，并在分析出焊缝特征时重新对路径进行规划；
步骤S5：机器人R对焊缝的位置及焊缝特征进行记录；
步骤S6：机器人R根据焊缝的位置、焊缝特征、轨迹及姿态规划函数计算出机器人焊接轨迹姿态；
步骤S7：确定机器人R运动的终点位置Pn。
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