[发明专利]机器人弧焊轨迹自动生成方法及系统

权利要求书

1.一种机器人弧焊轨迹自动生成方法，包括：

步骤S1：对机器人视觉系统进行标定，根据透视投影模型建立相机图像与真实场景中被焊工件的空间坐标转换关系；

步骤S2：使用解码算法根据条纹图像生成相位图，其中条纹图像灰度值使用以下公式进行计算：其中，是投影坐标(x，y)的灰度值，σ’为平均密度，σ”是幅值，θ_h(x，y)为点(x，y)的频率值，N为常数，条纹图像点频率θ_h(x，y)由该点的图像坐标(u_c，v_c，λ)的灰度值来计算；

步骤S3：构建对象平面来进行获得交互矩阵，对象平面的构建公式如下：ax_c+by_c+cz_c＝τ，其中(x_c，y_c，z_c)是相机坐标系中的一个点，τ为一常数，a、b、c分别为平面常数项，Z_c是一个常数，该常数使用以下公式进行计算：图像特征可使用以下公式计算：S_i(x，y)＝τ^-1t₁γ，其中：Si(x，y)表示图像特征函数，t1表示旋转矩阵元素，γ表示Zc中的常数项。

步骤S4：根据步骤S3中计算出来的图像特征公式来提取焊缝，根据焊缝曲线的三维坐标值进行等弧长度选取来生成机器人路径点信息，取路径点的三维坐标相对于被焊接曲面的法向量作为机器人的位姿信息，将获取的路径点位置、位姿信息导入到机器人编程语言中自动生成焊接轨迹。

2.如权利要求1所述的机器人弧焊轨迹自动生成方法，其特征在于：所述步骤S1包括：

假定存在未知数k使得世界坐标系中的点(x，y，z)与像素坐标系中的点(u，v，λ)满足：像素坐标系下点与世界坐标系中点的对应关系如下式所示：采用旋转矩阵表示世界坐标系与像素坐标系中同一点的对应关系如下：其中，r₁₁，r₁₂，r₁₃，r₃₁，r₃₂，r₃₃为旋转矩阵中的行和列元素，t1，t2，t3是从相机到自由曲面的旋转矩阵元素。

3.一种机器人弧焊轨迹自动生成系统，其特征在于：所述机器人弧焊轨迹自动生成系统包括：空间坐标转换关系建立模块、相位图生成模块、图像特征生成模块、焊缝提取模块、路径点信息生成模块、位姿信息获取模块及焊接轨迹生成模块；所述空间坐标转换关系建立模块用于对机器人视觉系统进行标定，并根据透视投影模型建立相机图像与真实场景中被焊工件的空间坐标转换关系；所述相位图生成模块用于使用解码算法根据条纹图像生成相位图；所述图像特征生成模块用于计算得到图像特征；所述焊缝提取模块用于根据计算出来的图像特征公式来提取焊缝；所述路径点信息生成模块用于根据焊缝曲线的三维坐标值进行等弧长度选取来生成机器人路径点信息；所述位姿信息获取模块用于取路径点的三维坐标相对于被焊接曲面的法向量作为机器人的位姿信息；所述焊接轨迹生成模块用于将获取的路径点位置、位姿信息导入到机器人编程语言中自动生成焊接轨迹。

4.如权利要求3所述的一种机器人弧焊轨迹自动生成系统，其特征在于：所述相位图生成模块中，将相位图认为是与相机精度有关的多维矩阵，矩阵元素是相机拍摄条纹图像的灰度值，使用解码算法根据条纹图像来生成相位图，条纹图像灰度值使用以下公式进行计算：其中，是投影坐标(x，y)的灰度值，σ’为平均密度，σ”是幅值，θ_h(x，y)为点(x，y)的频率值，N为常数。条纹图像点频率θ_h(x，y)可由该点的图像坐标(u_c，v_c，λ)的灰度值来计算。

5.如权利要求3所述的一种机器人弧焊轨迹自动生成系统，其特征在于：所述图像特征生成模块中，构建对象平面来进行获得交互矩阵，对象平面的构建公式如下：ax_c+by_c+cz_c＝τ，其中(x_c，y_c，z_c)是相机坐标系中的某一个点，τ为一常数，a、b、c分别为平面常数项，Z_c是一个常数，该常数使用以下公式进行计算：因此，图像特征可使用以下公式计算：S_i(x，y)＝τ^-1t₁γ，其中：Si(x，y)表示图像特征函数，t1表示旋转矩阵元素，γ表示Zc中的常数项。