[发明专利]一种三维焊接机器人混合控制方法

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。

主权项

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；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；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；设曲线点A₁C₁B₁为实际焊缝曲线，点A₁、点B₁、点C₁为与图像采集点对应的实际关键点；其中点A₁′、点B₁′、点C₁′分别为点A₁、点B₁、点C₁在摄像机平面所成的像，且三点共线并与中线平行；设△为理论焊缝与实际焊缝在U1平面内的距离，其中Δ′为直线A₁′C₁′B₁′与中线之间的距离，Δ′为△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O与平面U1的距离，则有；$\mathrm{\Δ}=K{\mathrm{\Δ}}^{\′}\frac{H}{f}$式中：△—理论焊缝与实际焊缝在U1平面内的距离；Δ′—为直线A₁′C₁′B₁′与中线mm之间的距离；K—摄像机比例系数；H—摄像机焦点O与平面U1的距离；f—摄像机焦距；步骤4：计算焊缝在基坐标系中的值：$T^{\′}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& \mathrm{\Δ}\\ 0& 0& 1& \mathrm{\ΔH}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$式中：△—理论焊缝与实际焊缝在U1平面内的距离；ΔH—实际H值与理论H值的差值；T′—摄像机坐标系的变换所得其坐标系变化矩阵；T.T′＝A.T′式中：T—基坐标系到摄像机坐标系的转换矩阵；T′—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。