基于视觉的机器人免示教焊接方法与流程

本发明涉及机器人焊接，特别涉及基于视觉的机器人免示教焊接方法。

背景技术：

1、目前国内外采用的焊接机器人大多为可编程的示教再现式机器人，装配如力觉、触觉、位置传感器后，使其具有一定的环境感知能力，但工作方式基本上还是示教再现。通过工厂操作人员通过示教的方法将工作路径和姿态等参数存入机器人控制器内，然后机器人重复示教路线进斤工作。示教再现的工作方式比较简单、直观，便于工作人员操作，机器人按路径进行重复施焊。

2、在实际工作过程中，为保证机器人示教的精度，对于空间复杂曲线焊缝，操作人员需要进行较长时间的示教操作，因此，示教再现方式只适用于大批量、且焊缝复杂程度较低的焊接工件的生产，虽然现有技术中，基于ai算法的智能化识别机器人能够对空间复杂曲线焊缝进行焊接作业，但由于其控制系统和感知系统集成了高度智能化的设备，导致其控制方法模型复杂，设备造价较高，对于中小型加工企业来说，其生产成本难以控制，单件或混合产品的批量焊接生产作业过程中，传统的示教机器人加工方式的示教过程反复进行，会浪费大量的人力物力，而基于ai的智能控制方法复杂，控制设备生产成本较高。为此，我们提出基于视觉的机器人免示教焊接方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供基于视觉的机器人免示教焊接方法，可以有效解决背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为，

3、基于视觉的机器人免示教焊接方法，包括：

4、标记焊缝起点位置和终点位置，由起点位置至终点位置对待焊接工件进行视觉检测，获取焊缝轨迹曲线，且焊缝轨迹曲线位置点满足以下公式：

5、

6、式中，dj表示为焊缝轨迹的第j个位置点与第j-1个位置点间的欧氏距离,计算公式为：k1、k2为常数系数，且k1＞0；k2≥0；常数系数k1的取值范围根据以下经验公式进行确定：

7、当lh＞0.5m时，

8、当lh≤0.5m时，

9、式中，lh为焊缝轨迹曲线的长度，单位m；α为修正系数，且α∈[0.85,0.9]；

10、常数系数k2的取值范围根据以下经验公式进行确定：

11、

12、式中，dmin为焊缝轨迹曲线中相邻位置点间的欧氏距离的最小值；

13、构建俯视角二维平面坐标系，计算焊缝轨迹曲线中各位置点在所述俯视角二维平面体系内的投影坐标，获取焊缝轨迹曲线的二维坐标表达式：l＝{pi；i＝1,2,...,n}，其中，pi＝(xi，yi)，表示为焊缝轨迹在俯视角二维平面内的第i个位置点，xi，yi分别为第i个位置点在所述俯视角二维平面体系内的投影坐标值，p1＝(x1，y1)，pn＝(xn，yn)分别为焊缝轨迹在俯视角二维平面内的起点位置和终点位置，n为位置点的总数量；

14、构建平视角二维平面坐标系，使用尺寸为λ*λ的正方形刚体作为标准对比件对待焊接工件位置点的高度值hi进行反算，以反算的待测工件高度值作为焊缝轨迹曲线l的任一位置点pi在所述平视角二维平面体系内的投影坐标值zi，具体流程包括：

15、确定待焊接工件的加工基准面a0，其中，俯视角二维平面与待焊接工件的加工基准面a0呈平行状态，平视角二维平面与待焊接工件的加工基准面a0呈垂直状态；

16、测量待焊接工件沿加工基准面a0法线方向上最远端的距离dmax；

17、分别测量焊缝轨迹在俯视角二维平面内的第i个位置点与加工基准面a0间的垂直距离di；

18、根据公式计算待焊接工件第i个位置点的高度值hi，计算公式为：hi＝λ*di/dmax；

19、待焊接工件第i个位置点的高度值hi作为位置点pi在所述平视角二维平面体系内的投影坐标值zi；

20、获取焊缝轨迹曲线的三维坐标表达式：l'＝{pi'；i＝1,2,...,n}，pi'＝(xi，yi,zi)，表示为焊缝轨迹的第i个位置点，xi，yi，zi分别为第i个位置点的坐标值，p1'＝(x1，y1，zi)为焊缝轨迹起点位置，pn'＝(xn，yn，zn)为焊缝轨迹终点位置；

21、获取视觉检测坐标体系与焊接机器人坐标体系间的坐标转换关系f，根据转换关系将获取的待焊接工件焊缝轨迹曲线各位置点的三维坐标转换为焊接机器人坐标，获取机器人本体坐标系下的焊缝轨迹曲线及位置点坐标，机器人本体坐标系下的焊缝轨迹曲线的表达式可以记作为：l＝{pi；i＝1,2,...,n}，pi＝(xi，yi,zi)，表示为机器人本体坐标系下焊缝轨迹的第i个位置点，xi，yi，zi分别为机器人本体坐标系下第i个位置点的坐标值，p1＝(x1，y1，zi)，pn＝(xn，yn，zn)分别为机器人本体坐标系下焊缝轨迹的起点位置和终点位置；

22、根据获取的焊缝轨迹曲线及位置点坐标对待焊接工件进行焊接加工作业。

23、本发明具有如下有益效果，

24、与现有技术相比，本发明技术方案通过对待焊接工件的焊缝起点位置和终点位置进行标记，由起点位置至终点位置对待焊接工件进行视觉检测，获取焊缝轨迹曲线，构建俯视角二维平面坐标系，计算焊缝轨迹曲线中各位置点在所述俯视角二维平面体系内的投影坐标，获取焊缝轨迹曲线的二维坐标表达式：l＝{pi；i＝1,2,...,n}，其中，pi＝(xi，yi)，表示为焊缝轨迹在俯视角二维平面内的第i个位置点，xi，yi分别为第i个位置点在所述俯视角二维平面体系内的投影坐标值，p1＝(x1，y1)，pn＝(xn，yn)分别为焊缝轨迹在俯视角二维平面内的起点位置和终点位置，n为位置点的总数量，构建平视角二维平面坐标系，使用尺寸为λ*λ的正方形刚体作为标准对比件对待焊接工件位置点的高度值hi进行反算，以反算的待测工件高度值作为焊缝轨迹曲线l的任一位置点pi在所述平视角二维平面体系内的投影坐标值zi，获取焊缝轨迹曲线的三维坐标表达式：l'＝{pi'；i＝1,2,...,n}，pi'＝(xi，yi,zi)，表示为焊缝轨迹的第i个位置点，xi，yi，zi分别为第i个位置点的坐标值，p1'＝(x1，y1，zi)为焊缝轨迹起点位置，pn'＝(xn，yn，zn)为焊缝轨迹终点位置，获取视觉检测坐标体系与焊接机器人坐标体系间的坐标转换关系f，根据转换关系将获取的待焊接工件焊缝轨迹曲线各位置点的三维坐标转换为焊接机器人坐标，获取机器人本体坐标系下的焊缝轨迹曲线及位置点坐标，根据获取的焊缝轨迹曲线及位置点坐标进行焊接加工作业，通过本发明提出的技术方案，无需操作人员进行重复性的示教操作即可实现对具有空间复杂曲线的焊缝的焊接作业，从而提高生产效率，节约生产成本。

技术特征：

1.基于视觉的机器人免示教焊接方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于视觉的机器人免示教焊接方法，其特征在于，待焊接工件进行视觉检测过程中，焊缝轨迹曲线位置点满足以下公式：

3.根据权利要求1所述的基于视觉的机器人免示教焊接方法，其特征在于，待焊接工件的高度进行反算的具体流程包括：

4.根据权利要求1所述的基于视觉的机器人免示教焊接方法，其特征在于，所述俯视角二维平面与待焊接工件的加工基准面a0呈平行状态，所述平视角二维平面与待焊接工件的加工基准面a0呈垂直状态。

5.根据权利要求2所述的基于视觉的机器人免示教焊接方法，其特征在于，常数系数k1的取值范围根据以下经验公式进行确定：

6.根据权利要求2所述的基于视觉的机器人免示教焊接方法，其特征在于，常数系数k2的取值范围根据以下经验公式进行确定：

技术总结
本发明公开了基于视觉的机器人免示教焊接方法，涉及机器人焊接技术领域。通过标记待焊接工件的焊缝起点位置和终点位置，对待焊接工件进行视觉检测，获取焊缝轨迹曲线，构建俯视角二维平面坐标系计算焊缝轨迹曲线中各位置点的投影坐标，获取焊缝轨迹曲线的二维坐标表达式，构建平视角二维平面坐标系，使用标准对比件对待焊接工件位置点的高度值进行反算，以反算的待测工件高度值作为焊缝轨迹曲线的任一位置点在平视角二维平面体系内的投影坐标值，获取焊缝轨迹曲线的三维坐标表达式，根据转换关系将待焊接工件焊缝轨迹曲线各位置点的三维坐标转换为焊接机器人坐标，获取机器人本体坐标系下的焊缝轨迹曲线及位置点坐标。

技术研发人员：吴兴华,凌清,陈猛
受保护的技术使用者：北京创想智控科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23