本發(fā)明涉及焊接機(jī)器人，尤其涉及一種基于視覺定位的焊接機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、人工焊接難以較長時(shí)間保持焊接工作的穩(wěn)定性和一致性。而且，由于焊接惡劣的工作條件，愿意從事手工焊接的人在減少，熟練的技術(shù)工人更有短缺的趨勢(shì)，焊接機(jī)器人很大程度上滿足了焊接自動(dòng)化的要求。傳統(tǒng)的焊接機(jī)器人利用工裝夾具固定焊接工件，通過示教器提前編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，對(duì)工裝夾具依賴程度高且成本較高。隨著視覺定位技術(shù)的快速發(fā)展，基于機(jī)器視覺的自動(dòng)化焊接技術(shù)不再依賴工裝夾具成為了研究熱點(diǎn)。

2、現(xiàn)有視覺定位技術(shù)主要包括雙目視覺和單目視覺?；陔p目視覺的定位技術(shù)雖然具有更高的精度，然而其處理的圖像信息計(jì)算量過大，應(yīng)用對(duì)象單一，成本過高，不易于進(jìn)行嵌入式集成?；趩文恳曈X的定位方法雖然難以獲取深度信息導(dǎo)致其精度較低，但計(jì)算量適中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)靈活，易于標(biāo)定且實(shí)時(shí)性高。因此，現(xiàn)有的基于單目視覺的焊接機(jī)器人存在定位精度低，焊接質(zhì)量有待提升的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有基于單目視覺定位的焊接機(jī)器人存在定位精度低、焊接質(zhì)量有待提高的技術(shù)問題，提供一種基于視覺定位的焊接機(jī)器人系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于視覺定位的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體和控制主機(jī)，所述機(jī)器人本體包括多自由度的機(jī)械臂，機(jī)械臂末端安裝有焊槍、單目相機(jī)和追蹤激光器，所述控制主機(jī)分別與單目相機(jī)和追蹤激光器連接通信；

3、所述追蹤激光器朝向工件的直線焊縫發(fā)射線激光，所述線激光位于單目相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)；

4、焊接作業(yè)時(shí)，循環(huán)執(zhí)行以下步驟直到焊接作業(yè)結(jié)束：

5、控制主機(jī)讀取單目相機(jī)采集的工件圖像，基于工件圖像判斷工件位置是否偏移：

6、若工件圖像中直線焊縫垂直相交于線激光的中點(diǎn)，則認(rèn)為工件位置未偏移，控制機(jī)械臂帶動(dòng)焊槍按照上一循環(huán)的焊接路徑對(duì)直線焊縫進(jìn)行焊接操作；

7、若工件圖像中直線焊縫沒有垂直相交于線激光的中點(diǎn)，則認(rèn)為工件位置偏移，基于工件圖像獲取工件上預(yù)先安裝的三個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)，利用標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)與上一循環(huán)坐標(biāo)獲取直線焊縫在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前位置坐標(biāo)，根據(jù)直線焊縫在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前位置坐標(biāo)重新規(guī)劃焊接路徑，控制機(jī)械臂帶動(dòng)焊槍按照重新規(guī)劃的焊接路徑對(duì)直線焊縫進(jìn)行焊接操作。

8、優(yōu)選地，所述基于工件圖像判斷工件位置是否偏移，包括：

9、從工件圖像中提取直線焊縫的焊縫邊界；

10、在焊縫邊界上沿焊縫長度方向拾取多組點(diǎn)對(duì)，每組點(diǎn)對(duì)的兩個(gè)點(diǎn)分別位于焊縫邊界的上、下邊沿且每組點(diǎn)對(duì)的兩個(gè)點(diǎn)的連線與焊縫寬度方向平行；

11、獲取每組點(diǎn)對(duì)中上點(diǎn)與工件圖像中線激光的上端點(diǎn)的距離，記為第一距離，獲取每組點(diǎn)對(duì)中下點(diǎn)與工件圖像中線激光的下端點(diǎn)的距離，記為第二距離，獲取第一距離與第二距離的偏差；

12、計(jì)算多組點(diǎn)對(duì)的偏差均值，若所述偏差均值小于預(yù)設(shè)偏差閾值，則認(rèn)為工件圖像中直線焊縫垂直相交于線激光的中點(diǎn)，若所述偏差均值大于或等于預(yù)設(shè)偏差閾值，則認(rèn)為工件圖像中直線焊縫沒有垂直相交于線激光的中點(diǎn)。

13、優(yōu)選地，所述三個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)球的顏色和/或半徑不一致。

14、優(yōu)選地，工件上布置有三個(gè)不同顏色的標(biāo)準(zhǔn)球。

15、優(yōu)選地，所述基于工件圖像獲取工件上預(yù)先安裝的三個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)，包括：

16、基于工件圖像獲取每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在像素坐標(biāo)系中的圓心坐標(biāo)和半徑；

17、將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在像素坐標(biāo)系中的圓心坐標(biāo)和半徑代入預(yù)設(shè)坐標(biāo)系變換公式，獲得每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在相機(jī)坐標(biāo)系的圓心坐標(biāo)；

18、根據(jù)手眼標(biāo)定獲得的機(jī)器人坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在相機(jī)坐標(biāo)系的圓心坐標(biāo)進(jìn)行變換，獲得每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的圓心坐標(biāo)，即每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)。

19、優(yōu)選地，所述基于工件圖像獲取每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在像素坐標(biāo)系中的圓心坐標(biāo)和半徑，包括：

20、對(duì)工件圖像進(jìn)行第一形態(tài)學(xué)處理；

21、對(duì)第一形態(tài)學(xué)處理后的圖像進(jìn)行第一雙邊濾波處理，獲得第一濾波圖像；

22、基于閾值分割法從第一濾波圖像中獲取每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的分割圖像；

23、對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的分割圖像進(jìn)行圓形識(shí)別獲得所述標(biāo)準(zhǔn)球的圓心坐標(biāo)和半徑。

24、優(yōu)選地，在對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的分割圖像的進(jìn)行圓形識(shí)別獲得所述標(biāo)準(zhǔn)球的圓心坐標(biāo)和半徑后，還包括：

25、以標(biāo)準(zhǔn)球的圓心坐標(biāo)為初始圓心坐標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)圓的半徑為初始半徑；

26、利用每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的初始圓心坐標(biāo)和初始半徑從工件圖像中提取所述標(biāo)準(zhǔn)球的原始圖像；

27、對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的原始圖像依次進(jìn)行第二形態(tài)學(xué)處理和第二雙邊濾波處理，獲得每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的濾波圖像；

28、對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的濾波圖像進(jìn)行灰度處理獲得每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的灰度圖像；

29、利用邊緣算子對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的灰度圖像進(jìn)行邊緣提取獲得每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的邊緣圖像；

30、對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的邊緣圖像進(jìn)行圓形識(shí)別獲得所述標(biāo)準(zhǔn)球最終的圓心坐標(biāo)和半徑。

31、優(yōu)選地，手眼標(biāo)定獲取機(jī)器人坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣的過程包括：

32、步驟1，將標(biāo)準(zhǔn)球置于機(jī)械臂末端，利用單目相機(jī)采集標(biāo)準(zhǔn)球圖像；

33、步驟2，基于標(biāo)準(zhǔn)球圖像獲取標(biāo)準(zhǔn)球在像素坐標(biāo)系中的圓心坐標(biāo)和半徑；

34、步驟3，將標(biāo)準(zhǔn)球在像素坐標(biāo)系中的圓心坐標(biāo)和半徑代入預(yù)設(shè)坐標(biāo)系變換公式，獲得標(biāo)準(zhǔn)球在相機(jī)坐標(biāo)系的圓心坐標(biāo)；

35、步驟4，通過焊接機(jī)器人的示教器讀取機(jī)械臂末端在機(jī)器人坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)并作為標(biāo)準(zhǔn)球球心點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)；

36、步驟5，將標(biāo)準(zhǔn)球球心點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)球在相機(jī)坐標(biāo)系的圓心坐標(biāo)組成一組對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)；

37、步驟6，多次通過示教器移動(dòng)機(jī)械臂末端，每次移動(dòng)后重復(fù)執(zhí)行上述步驟1-5，獲得多組對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)多組對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)通過奇異值分解法獲得機(jī)器人坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣。

38、優(yōu)選地，所述利用標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)與上一循環(huán)坐標(biāo)獲取直線焊縫在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前位置坐標(biāo)，包括：

39、將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)組成第一坐標(biāo)矩陣，將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的上一循環(huán)坐標(biāo)組成第二坐標(biāo)矩陣；

40、構(gòu)建利用工件旋轉(zhuǎn)矩陣和工件平移矩陣表達(dá)第一坐標(biāo)矩陣和第二坐標(biāo)矩陣轉(zhuǎn)換關(guān)系的表達(dá)等式；

41、利用奇異值分解方法對(duì)表達(dá)等式進(jìn)行求解獲得工件旋轉(zhuǎn)矩陣和工件平移矩陣；

42、利用工件旋轉(zhuǎn)矩陣和工件平移矩陣對(duì)直線焊縫在機(jī)器人坐標(biāo)系的上一循環(huán)位置坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，獲得直線焊縫在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前位置坐標(biāo)。

43、優(yōu)選地，還包括送絲機(jī)、送絲盤和導(dǎo)絲管；導(dǎo)絲管用于將送絲機(jī)的焊絲輸送至送絲盤，送絲盤用于向工件焊縫處提供焊絲。

44、本發(fā)明提供的焊接機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)置追蹤激光器，通過其發(fā)射線激光進(jìn)行焊縫實(shí)時(shí)跟蹤，在焊接作業(yè)過程中，定期根據(jù)工件圖像中直線焊縫是否垂直相交于線激光的中點(diǎn)來判斷工件時(shí)否偏移，若未偏移按照上一循環(huán)的焊接路徑進(jìn)行焊接作業(yè)，若偏移，則需要工件上預(yù)先安裝的三個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)球在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)與上一循環(huán)坐標(biāo)來求取焊縫在機(jī)器人坐標(biāo)系的當(dāng)前位置坐標(biāo)，并重新規(guī)劃焊接路徑進(jìn)行焊接作業(yè)，本發(fā)明借助三個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)球來實(shí)現(xiàn)工件的三維空間坐標(biāo)計(jì)算，能夠基于單目視覺實(shí)現(xiàn)焊縫精準(zhǔn)定位，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工件是否偏移，提高了焊接質(zhì)量，取消了固定工裝夾具，焊接機(jī)器人與待焊工件的位置不再固定。