一种三维焊接机器人混合控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接技术领域，涉及一种三维焊接机器人混合控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前空间焊接机器人主要分为采用离线编程系统控制的空间焊接机器人和采用 视觉系统控制的空间焊接机器人。随着CAD/CAM技术的发展，离线编程系统一般都是基于 三维制图软件而开发的，能够直接提取焊件三维模型中的焊缝及边界信息，生成控制机器 人运动的信息，同时也可以根据生成的控制机器人运动的信息直接控制三维模型中的机器 人模型运动，实现离线仿真。离线编程系统属于开环控制系统，不能根据工作现场环境实时 调整机器人运动，因而温升引起的工件变形以及存在的零件尺寸误差和安装误差等都将对 焊缝质量造成严重的影响。视觉系统控制的空间焊接机器人是目前很先进的机器人，虽能 较好的降低环境变化对焊接质量的影响，但相关技术还不成熟，尤其是在双目视觉系统以 及多目视觉系统控制的空间焊接机器人领域。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种三维焊接机器人混合控制方法，解决了目前离线编程 系统控制的空间焊接机器人的焊缝焊接质量易受焊接环境变化影响的问题。
[0004] 本发明所采用的技术方案是采用以下步骤：
[0005] 步骤1 :设置坐标系，平面U0为摄像机成像平面；其中坐标系XYZ为摄像机坐标 系，其摄像机坐标系原点与一图像采集点重合；
[0006] 步骤2:采集图像，包括图像采集点和关键点在机器人基础坐标系中的坐标值，一 个图像采集点对应三个理论关键点；
[0007] 当机器人在运动过程中，摄像机模型坐标系原点与图像采集点重合时，摄像机采 集理论关键点图像；三个理论关键点是与模型中的焊缝重合的点，三个点的距离相等且等 价为同一直线上的点，位于中间的关键点与摄像机模型的坐标系的Z轴重合且与图像采集 点的距离相等。
[0008] 步骤3 :设曲线ACB为理论焊缝曲线，点A、点B、点C为一组与图像采集点P对应 的关键点，平面U1与理论焊缝曲线相切，切点为点C，平面U2与点A重合且与平面U1平行， 平面U3与点B重合且与平面U1平行；
[0009] 设点A'、点B'、点C'与平面U0重合，分别为点A、点B、点C在摄像机成像平面 所成的相，且直线A' B' C'与成像平面U0的中线重合；
[0010] 设曲线点为实际焊缝曲线，点A i、点&、点(^为与图像采集点对应的实际关 键点；
[0011] 其中点A/、点、点C/分别为AAi、点Bi、点(^在摄像机平面所成的像，且三 点共线并与中线平行；
[0012] 设A为理论焊缝与实际焊缝在U1平面内的距离，其中A '为直线V C/ B/ 与中线之间的距离，A '为A在平面U0内的投影；其中f为摄像机焦距，其中H为摄像机焦 点0与平面U1的距离，则有；
[0013]
【主权项】
1. 一种三维焊接机器人混合控制方法，其特征在于：按照以下步骤进行： 步骤1 :设置坐标系，平面UO为摄像机成像平面；其中坐标系XYZ为摄像机坐标系，其 摄像机坐标系原点与一图像采集点重合； 步骤2 :采集图像，包括图像采集点和关键点在机器人基础坐标系中的坐标值，一个图 像采集点对应三个理论关键点； 当机器人在运动过程中，摄像机模型坐标系原点与图像采集点重合时，摄像机采集理 论关键点图像；三个理论关键点是与模型中的焊缝重合的点，三个点的距离相等且等价为 同一直线上的点，位于中间的关键点与摄像机模型的坐标系的Z轴重合且与图像采集点的 距离相等； 步骤3 :设曲线ACB为理论焊缝曲线，点A、点B、点C为一组与图像采集点P对应的关 键点，平面Ul与理论焊缝曲线相切，切点为点C，平面U2与点A重合且与平面Ul平行，平面 U3与点B重合且与平面Ul平行； 设点A'、点B'、点C'与平面UO重合，分别为点A、点B、点C在摄像机成像平面所成 的相，且直线A' B' C'与成像平面UO的中线重合； 设曲线点A1C1B1为实际焊缝曲线，点A i、点B1、点C1为与图像采集点对应的实际关键 占. 其中点A1'、点B1'、点C1'分别为AA 1、点B1、点(^在摄像机平面所成的像，且三点共 线并与中线平行； 设A为理论焊缝与实际焊缝在Ul平面内的距离，其中A'为直线V C1' B1'与中 线之间的距离，△'为A在平面UO内的投影；其中f为摄像机焦距，其中H为摄像机焦点O 与平面Ul的距离，则有；
式中：A-理论焊缝与实际焊缝在Ul平面内的距离； -为直线A/ C/ B/与中线mm之间的距离； K一摄像机比例系数； H-摄像机焦点O与平面Ul的距离； f?一摄像机焦距； 步骤4 :计算焊缝在基坐标系中的值：
式中：A-理论焊缝与实际焊缝在Ul平面内的距离； A H-实际H值与理论H值的差值； T' 一摄像机坐标系的变换所得其坐标系变化矩阵； LTr =A.Tr 式中：T 一基坐标系到摄像机坐标系的转换矩阵； T' 一摄像机坐标系的变换所得其坐标系变化矩阵； A-摄像机坐标系在极坐标系中的位姿矩阵； 步骤5 :根据步骤4中计算的数值，通过机器人逆运动学计算出各关节转角，再根据各 关节减速比转化为各关节转角值；其中所计算出的关节电机实际转角值与理论转角值进行 比较计算出转角差值；其中运动控制系统根据转角差值控制伺服控制系统驱动关节电机运 动，实现插补运动。
【专利摘要】本发明公开了一种三维焊接机器人混合控制方法，用离线编程系统预置机器人运动轨迹，并进行离线仿真，并设置图像采集信息；图像采集信息包括图像采集点对应关键点，关键点为理论焊缝与实际焊缝上的点，计算焊缝在基坐标系中的值，通过机器人逆运动学计算出各关节转角，再根据各关节减速比转化为各关节转角值；其中所计算出的关节电机实际转角值与理论转角值进行比较计算出转角差值；其中运动控制系统根据转角差值控制伺服控制系统驱动关节电机运动，实现插补运动。本发明的有益效果是采用单目视觉与激光测距系统实现三维空间的位置测量，实现对离线编程系统生成的理论运动轨迹的误差补偿。
【IPC分类】G05B19-404
【公开号】CN104820400
【申请号】CN201510187126
【发明人】郝卫东, 蒋相国, 李君 , 李天维, 李雪梅, 朱博轩, 张用, 梁卫鸽
【申请人】桂林鸿程机电设备有限公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月18日