專利名稱：基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
焊接機(jī)器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業(yè)機(jī)器人。焊接機(jī)器人最后一個軸的機(jī)械接口，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的，使之能進(jìn)行焊接操作。通常，焊接機(jī)器人用于工業(yè)領(lǐng)域焊接包括鋼板的各種金屬。焊接主要分成點(diǎn)焊和弧焊。在點(diǎn)焊中，固定的焊槍對固定在一個夾具上的工件上的某一點(diǎn)執(zhí)行焊接。在弧焊中，可移動的焊槍可沿著工件的焊接路徑執(zhí)行焊接，弧焊主要用于機(jī)器人焊接。弧焊是一種當(dāng)接入焊條時，在焊槍和工件之間形成強(qiáng)電流的焊接方法，以使得融化的焊條和工件立即的融合。當(dāng)執(zhí)行弧焊時，提供的電壓、焊槍和工件之間的距離、焊條接入的速度、焊槍的搖晃速度、焊接路徑上的焊接起始點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)都是根據(jù)工件的類型和工件的焊接等級預(yù)先設(shè)置好的，并且將這些設(shè)置數(shù)值提供機(jī)器人控制器。實際上，工件上的焊接路徑被精確地跟蹤，然后執(zhí)行焊接工作以便獲得焊接的高質(zhì)量。出于這個目的，焊接機(jī)器人的移動跟蹤技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)和商品化?，F(xiàn)有的焊接機(jī)器人采用的技術(shù)方案大概為:根據(jù)設(shè)置的程序，沿著既定的路線進(jìn)行焊接，如果工件的位置與既定位置有偏差，則焊接質(zhì)量差，或?qū)е峦耆　?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有焊接機(jī)器人焊接質(zhì)量差的問題，提供了一種基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人。本發(fā)明所述基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人，它包括控制裝置、兩個CCD攝像機(jī)、六自由度機(jī)械手、焊接器、焊槍和焊接電源，兩個CCD攝像機(jī)對稱安裝在六自由度機(jī)械手的驅(qū)動擺臂上，一個CCD攝像機(jī)用于監(jiān)測焊槍與工件之間的電弧，另一個CCD攝像機(jī)用于監(jiān)測熔池；兩個CXD攝像機(jī)的視覺跟蹤信號輸出端與控制裝置的視覺跟蹤信號輸入端相連；控制裝置的焊接指令輸出端與六自由度機(jī)械手的輸入端相連；六自由度機(jī)械手帶動焊接器和焊槍作六自由度移動，焊接器配合焊槍對工件進(jìn)行焊接；焊接電源為焊接器和工件供電。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):I)穩(wěn)定和提高了焊接質(zhì)量；即使工件放置位置有偏差，也能很好的完成焊接工作；2)提高勞動生產(chǎn)率；3)改善工人勞動強(qiáng)度，可在有害環(huán)境下工作。


圖1是本發(fā)明所述基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人的原理框圖；圖2是控制裝置I的原理框圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人，它包括控制裝置1、兩個CCD攝像機(jī)2、六自由度機(jī)械手3、焊接器
4、焊槍5和焊接電源6，兩個CXD攝像機(jī)2對稱安裝在六自由度機(jī)械手3的驅(qū)動擺臂上，一個CXD攝像機(jī)2用于監(jiān)測焊槍5與工件之間的電弧，另一個CXD攝像機(jī)2用于監(jiān)測熔池；兩個CXD攝像機(jī)2的視覺跟蹤信號輸出端與控制裝置I的視覺跟蹤信號輸入端相連；控制裝置I的焊接指令輸出端與六自由度機(jī)械手3的輸入端相連；六自由度機(jī)械手3帶動焊接器4和焊槍5作六自由度移動，焊接器4配合焊槍5對工件進(jìn)行焊接；焊接電源6為焊接器4和工件供電。存儲部1-3設(shè)置對機(jī)器人的啟動、急停的操作指令，根據(jù)焊件的形狀手動進(jìn)行各種點(diǎn)，直線圓弧的插補(bǔ)。兩個CCD攝像機(jī)2采集視覺信號輸出給控制裝置1，控制裝置I對圖像進(jìn)行焊縫識別，提取出所需的焊接信息，處理后控制六自由度機(jī)械手3、焊接器帶動焊槍5，對工件進(jìn)行焊接操作。整個控制系統(tǒng)可以隨著焊接條件和環(huán)境的變化自動對機(jī)器人的工作方式進(jìn)行調(diào)整，焊接機(jī)器人對焊接條件的要求降低，自適應(yīng)能力增強(qiáng)，可靠性提高。視覺傳感器和接近傳感器可以監(jiān)測機(jī)器人手臂的受力、啟動和急停時沖擊狀況，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行實時調(diào)整，通過對焊縫的熔池信息的反饋處理，從而提高了焊接機(jī)器人焊接的靈活性、穩(wěn)定性和精確性。激光視覺系統(tǒng)和接觸傳感器能夠保證焊槍的高精度運(yùn)動，提高焊縫的焊接質(zhì)量。
具體實施方式
二:本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，它還包括通信電路7和計算機(jī)8，控制裝置I通過通信電路7和計算機(jī)8進(jìn)行通信。
具體實施方式
三:下面結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，控制裝置I包括圖像采集卡1-1、圖像處理部1-2、存儲部1-3、焊接控制器1-4和機(jī)械控制部1-5 ；機(jī)械控制部1-5包括目標(biāo)運(yùn)算部1-5-1、行進(jìn)修正運(yùn)算部1-5-2、旋轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部1-5-3、目標(biāo)關(guān)節(jié)角度運(yùn)算部1-5-4和驅(qū)動部1-5-5，目標(biāo)運(yùn)算部1-5-1的輸出端與行進(jìn)修正運(yùn)算部1-5-2的輸入端相連；行進(jìn)修正運(yùn)算部1-5-2的輸出端與旋轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部1-5-3的輸入端相連；旋轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部1-5-3的輸出端與驅(qū)動部1-5-5的輸入端相連，驅(qū)動部1_5_5的輸出端與六自由度機(jī)械手3的驅(qū)動指令輸入端相連；圖像采集卡1-1接收兩個CCD攝像機(jī)2的視覺跟蹤信號，圖像采集卡1_1的輸出端與圖像處理部1-2的輸入端相連，圖像處理部1-2的輸出端與行進(jìn)修正運(yùn)算部1-5-2的控制端相連；存儲部1-3的第一輸出端與機(jī)械控制部1-5的控制端相連；存儲部1-3的第二輸出端與焊接控制器1-4的輸入端相連，焊接控制器1-4的輸出端同時與焊槍5和焊接電源6的輸入端相連。目標(biāo)運(yùn)算部1-5-1:計算出所述焊槍夾持電極中前行極在固定垂直坐標(biāo)系中的下一時刻的位置及姿勢的目標(biāo)值；行進(jìn)修正運(yùn)算部1-5-2:根據(jù)兩個CXD攝像機(jī)2反饋的位置偏差，計算出所述前行極的下一時刻的位置及姿勢在所述固定坐標(biāo)系中的平移方向的修正量即平移修正量，且根據(jù)該平移修正量對所述目標(biāo)值進(jìn)行修正而計算出一次修正目標(biāo)值；轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部1-5-3:計算出旋轉(zhuǎn)修正量，該旋轉(zhuǎn)量用于對因所述平移修正量的修正而產(chǎn)生的實際焊縫與后行極之間的位置偏差進(jìn)行修正，并計算出二次修正目標(biāo)值，該二次修正目標(biāo)值通過使焊槍圍繞所述前行極僅旋轉(zhuǎn)了該旋轉(zhuǎn)修正量的方式對所述一次修正目標(biāo)值進(jìn)行修正而計算出；目標(biāo)關(guān)節(jié)角度運(yùn)算部1-5-4:根據(jù)既定的目標(biāo)關(guān)節(jié)角度及轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部1-5-3計算出的二次修正目標(biāo)值獲取驅(qū)動目標(biāo)關(guān)節(jié)的角度值；驅(qū)動部1-5-5:根據(jù)計算出的驅(qū)動目標(biāo)關(guān)節(jié)的角度值輸出驅(qū)動指令給六自由度機(jī)械手3。
權(quán)利要求
1.基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人，其特征在于，它包括控制裝置(I)、兩個CCD攝像機(jī)(2)、六自由度機(jī)械手(3)、焊接器(4)、焊槍(5)和焊接電源(6)， 兩個CCD攝像機(jī)(2)對稱安裝在六自由度機(jī)械手(3)的驅(qū)動擺臂上，一個CCD攝像機(jī)(2)用于監(jiān)測焊槍(5)與工件之間的電弧，另一個CCD攝像機(jī)(2)用于監(jiān)測熔池； 兩個CCD攝像機(jī)(2)的視覺跟蹤信號輸出端與控制裝置(I)的視覺跟蹤信號輸入端相連； 控制裝置(I)的焊接指令輸出端與六自由度機(jī)械手(3)的輸入端相連； 六自由度機(jī)械手(3)帶動焊接器(4)和焊槍(5)作六自由度移動，焊接器(4)配合焊槍(5)對工件進(jìn)行焊接； 焊接電源(6)為焊接器(4)和工件供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人，其特征在于，它還包括通信電路(7)和計算機(jī)(8)，控制裝置⑴通過通信電路(7)和計算機(jī)⑶進(jìn)行通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人，其特征在于，控制裝置(I)包括圖像采集卡(1-1)、圖像處理部(1-2)、存儲部(1-3)、焊接控制器(1-4)和機(jī)械控制部(1-5)； 機(jī)械控制部(1-5)包括目標(biāo)運(yùn)算部(1-5-1)、行進(jìn)修正運(yùn)算部(1-5-2)、旋轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部(1-5-3)、目標(biāo)關(guān)節(jié)角度運(yùn)算部(1-5-4)和驅(qū)動部(1-5-5)， 目標(biāo)運(yùn)算部(1-5-1)的輸出端與行進(jìn)修正運(yùn)算部(1-5-2)的輸入端相連； 行進(jìn)修正運(yùn)算部(1-5-2)的輸出端與旋轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部(1-5-3)的輸入端相連； 旋轉(zhuǎn)修正運(yùn)算部(1-5-3)的輸出端與驅(qū)動部(1-5-5)的輸入端相連，驅(qū)動部(1-5-5)的輸出端與六自由度機(jī)械手⑶的驅(qū)動指令輸入端相連； 圖像采集卡(1-1)接收兩個CCD攝像機(jī)(2)的視覺跟蹤信號，圖像采集卡(1-1)的輸出端與圖像處理部(1-2)的輸入端相連，圖像處理部(1-2)的輸出端與行進(jìn)修正運(yùn)算部(1-5-2)的控制端相連； 存儲部(1-3)的第一輸出端與機(jī)械控制部(1-5)的控制端相連； 存儲部(1-3)的第二輸出端與焊接控制器(1-4)的輸入端相連，焊接控制器(1-4)的輸出端同時與焊槍(5)和焊接電源￠)的輸入端相連。
全文摘要
基于視覺跟蹤的六自由度焊接機(jī)器人，屬于機(jī)器人領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有焊接機(jī)器人焊接質(zhì)量差的問題。本發(fā)明包括控制裝置、兩個CCD攝像機(jī)、六自由度機(jī)械手、焊接器、焊槍和焊接電源，兩個CCD攝像機(jī)對稱安裝在六自由度機(jī)械手的驅(qū)動擺臂上，一個CCD攝像機(jī)用于監(jiān)測焊槍與工件之間的電弧，另一個CCD攝像機(jī)用于監(jiān)測熔池；兩個CCD攝像機(jī)的視覺跟蹤信號輸出端與控制裝置的視覺跟蹤信號輸入端相連；控制裝置的焊接指令輸出端與六自由度機(jī)械手的輸入端相連；六自由度機(jī)械手帶動焊接器和焊槍作六自由度移動，焊接器配合焊槍對工件進(jìn)行焊接；焊接電源為焊接器和工件供電。
文檔編號B23K9/095GK103192165SQ20131009015
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者徐杰, 王安華, 王娟, 謝玉鵬, 黃玉琴 申請人:黑龍江科技學(xué)院