[发明专利]一种工业焊接机器人焊缝自动跟踪方法

摘要

本发明公开了一种工业焊接机器人焊缝自动跟踪方法，其包括预跟踪阶段及自动焊缝跟踪阶段，基于坐标旋转变化及曲线拟合，本发明实现的焊缝特征点的自动跟踪。与现有技术相比，本发明消除了焊缝特征点的坐标采集时间相对于焊枪端点的坐标采集时间的延迟，从而保证了焊枪端点与焊缝之间的准确协同，实现了焊缝的自动精确跟踪。

主权项

1.一种工业焊接机器人焊缝自动跟踪方法，其包括如下步骤：步骤一：调整焊接机器人至适当的空间位置，使得安装在机器人末端的焊枪的端点能够接触工件上的目标焊缝并沿焊缝自由移动；步骤二：建立两个参考坐标系，{Base}坐标系为机器人坐标系，{Base}坐标系的位置在机器人的基座上，其位姿固定；{TCP}坐标系为焊枪端点坐标系，其位置位于焊枪的端点，姿态由机器人内部确定；步骤三：启动焊缝预跟踪，控制焊枪端点按预定轨道沿着焊缝的起始段移动，移动过程中，机器人控制系统以预定时间间隔对机器人法兰盘的中心点在{Base}坐标系下的坐标(Base,tR,P_{KFC_i})及焊枪在{Base}坐标系下的位姿进行N+1次连续采样并将采样值发送给上位机，上位机基于法兰盘的中心点在{Base}坐标系下的坐标(Base,tR,P_{KFC_i})及焊枪在{Base}坐标系下的位姿计算出焊枪端点在{Base}坐标系下的坐标(Base,tR,P_{TCP_i})，其中：i＝0，1，…N，tR表示机器人控制系统的采样时间，P_{KFC_i}为机器人控制系统第i次采样获取的法兰盘的中心点在{Base}坐标系下的坐标值，P_{TCP_i}为机器人控制系统第i次采样对应的焊枪端点在{Base}坐标系下的坐标值；基于焊枪端点在{Base}坐标系下的连续N+1个坐标(Base,tR,P_{TCP_i})，上位机调用曲线拟合算法拟合出焊枪端点在{Base}坐标系下的移动轨迹曲线；同步地，机器人控制系统每完成一次采样，安装在机器人法兰盘上的相机对焊缝进行拍照采样并上传给上位机，上位机采用三维测量算法获取焊缝特征点在{TCP}坐标系下的坐标(TCP,tL,P_{seam_i})，其中：i＝0，1，…N，tL表示相机的采样时间，P_{seam_i}表示相机第i次采样获取的焊缝特征点的坐标值；步骤四：上位机将焊缝特征点在{TCP}坐标系下的坐标(TCP,tL,P_{seam_i})对应的采样时间tL依次代入焊枪端点在{Base}坐标系下的移动轨迹曲线以获取焊缝特征点在{Base}坐标系下的坐标(Base,tL,P’_{seam_i})，其中：i＝0,1，…N，tL表示相机的采样时间，P’_{seam_i}表示相机第i次采样获取的焊缝特征点的坐标值；步骤五：基于焊缝特征点在{TCP}坐标系下的坐标(TCP,tL,P_{seam_i})及对应的焊缝特征点在{Base}坐标系下的坐标(Base,tL,P’_{seam_i})，上位机计算出{TCP}坐标系至{Base}坐标系的位姿变换矩阵步骤六：基于焊缝特征点在{TCP}坐标系下的坐标(TCP,tL,P_{seam_i})及{TCP}坐标系至{Base}坐标系的位姿变换矩阵上位机计算出焊缝特征点在{Base}坐标系下的修正坐标步骤七：基于焊缝特征点在{Base}坐标系下的N+1个修正坐标(Base,tR,P”_{seam_i})，上位机调用曲线拟合算法拟合出焊缝在{Base}坐标系下的轨迹曲线；步骤八：释放示教器，启动焊缝自动跟踪，基于焊缝在{Base}坐标系下的轨迹曲线计算出下一个焊缝特征点在{Base}坐标下的预测坐标并发送至机器人控制器，机器人控制系统控制焊枪移动至所述下一个焊缝特征点在{Base}坐标下的预测坐标以实现自动焊缝跟踪；步骤九：当焊枪移动至下一个焊缝特征点在{Base}坐标下的预测坐标位置后，机器人控制系统对机器人法兰盘的中心点在{Base}坐标系下的坐标及焊枪在{Base}坐标系下的位姿进行再次采样并将采样值发送给上位机以获取焊枪端点在{Base}坐标系下的坐标；相机对焊缝进行再次拍照采样并上传给上位机以获取当前焊缝特征点在{Base}坐标系下的实际修改坐标；机器人控制系统控制焊枪端点移动至当前焊缝特征点。