一种智能焊接机器人系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种智能焊接机器人系统，该系统包括控制单元、双目视觉系统、焊接单元和计算单元，双目视觉系统通过固定架固定于焊接台上方，焊接单元包括焊枪、六自由度机器人和基座，基座固定在焊接台上，六自由度机器人固定在基座上，焊枪固定在六自由度机器人的末端执行器上，控制单元与双目视觉系统和计算单元电连接，控制单元驱动双目视觉系统获取待焊接部件的图像信息、进行特征匹配计算视差以及获取图像的三维信息；控制单元驱动计算单元进行前向运算；控制单元将获取图像的三维信息发送给焊接单元进行焊接。本实用新型专利技术的系统相比传统的焊接系统，焊接效率高，误判率低。

【技术实现步骤摘要】
一种智能焊接机器人系统
本技术涉及深度学习、智能焊接、机器视觉等领域，尤其涉及一种智能焊接机器人系统。
技术介绍
深度学习进行物体识别相较于传统的计算机视觉具有更高的检测精度，将深度学习和机器视觉相结合可控制机器人实现智能焊接的功能，不仅可提高焊缝检测的精度和准确度，也大大降低了人工成本，提高了工业生产的安全性。现有的焊接方法一般有：使用基于传统机器视觉的单目系统检测焊缝，通过测距传感器得到焊缝的深度信息，进而控制机器人焊接；通过人工测量焊缝的位置并输入到机器人系统中控制焊接。通过这些方法来焊接存在以下问题：1)智能化程度较低，人工成本较高；2)通过传感器测量焊缝的深度信息误差太大，无法准确获取焊缝的三维坐标信息，焊接效果较差；3)效率低下，无法满足生产需求，难以推广普及。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提出一种智能焊接机器人系统，该系统智能化、高效、高精度、安全可靠，具体的技术方案如下：一种智能焊接机器人系统，其特征在于，该机器人系统包括控制单元、双目视觉系统、焊接单元和计算单元，所述的双目视觉系统通过固定架固定于焊接台上方，所述的焊接单元包括焊枪、六自由度机器人和基座，所述的基座固定在所述的焊接台上，所述的六自由度机器人固定在所述的基座上，所述的焊枪固定在所述的六自由度机器人的末端执行器上，所述的控制单元与所述的双目视觉系统和计算单元电连接，所述的控制单元驱动双目视觉系统获取待焊接部件的图像信息、进行特征匹配计算视差以及获取焊缝的三维信息；所述的控制单元驱动所述的计算单元进行前向运算；所述的控制单元将获取焊缝的三维信息发送给所述的焊接单元进行焊接。进一步地，所述的控制单元为树莓派3B+，所述的计算单元为IntelNCS2边缘计算棒，所述的六自由度机器人采用UNIVERSALROBOTUR3，所述的双目视觉系统采用罗技C920e。与现有技术相比，本技术的有益效果如下：本技术的智能焊接机器人系统误判率较低，能够有效地识别出焊缝在图像中的位置，并结合双目视觉系统得到焊缝的三维坐标；系统的数据传输方便，可实现机器人的高效控制；系统的适应性较强，可适应各种不同的环境，可快速推广普及。该系统在智能焊接领域效果显著，且易于部署，可满足工业生产的需求。附图说明图1是一种基于深度学习的智能焊接机器人系统各模块结构图。图2是系统各坐标系及其关系示意图。图3是双目视觉模型原理图。图4是深度信息计算原理图。图5是模型训练流程图。图6是系统程序流程图。图中，左相机1、右相机2、焊枪3、六自由度机器人4、机器人基座5、固定架6、计算单元7、控制单元8、待焊接部件9。具体实施方式下面根据附图和优选实施例详细描述本技术，本技术的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，一种智能焊接机器人系统，该机器人系统包括控制单元8、由左相机1和右相机2组成的双目视觉系统、焊接单元和计算单元7，双目视觉系统通过固定架6固定于焊接台上方，焊接单元包括焊枪3、六自由度机器人4和机器人基座5，机器人基座5固定在焊接台上，六自由度机器人固4定在机器人基座5上，焊枪3固定在六自由度机器人4的末端执行器上，控制单元8与双目视觉系统和计算单元7电连接，控制单元8驱动双目视觉系统获取待焊接部件9的图像信息、进行特征匹配计算视差以及获取焊缝的三维信息；控制单元8驱动计算单元7进行前向运算；控制单元8将获取图像的三维信息发送给焊接单元进行焊接。作为其中一种实施例，控制单元选用树莓派3B+，双目视觉系统采用罗技C920e。控制单元具有1.4GHzARMCortex-A53四核处理器，BCM2837B0系统芯片，内存为1GB，包括4个USB口，支持视频、音频输出，支持蓝牙4.2和千兆以太网通信，且拥有丰富的外设，包括40个GPIO口。CSI摄像头接口，DSI显示接口，使用多种操作系统在本系统中，树莓派3B+可用来读取双目视觉系统的图像输入，驱动边缘计算棒进行模型的前向运算，对左右相机拍到的两幅图像进行视差匹配和深度计算得到焊缝的三维信息，与六自由度机器人通过以太网通信进而控制机器人焊接。作为其中一种实施例，计算单元选用IntelNCS2边缘计算棒，其具有英特尔MovidiusMyriadX视觉处理单元(VPU)，拥有1GBRAM，支持TensorFlow和Caffe框架，通过USB3.0Type-A连接，兼容Ubuntu16.04和Windows10等操作系统。由于其高超的算力，以及小巧的外形，它可将计算机视觉和人工智能带入物联网边缘，在本系统中通过USB与树莓派3B+相连，可进行图像的单元计算。作为其中一种实施例，六自由度机器人采用丹麦机器人UNIVERSALROBOTUR3(以下简称UR3)。UR3协作式机器人是一种小型的协作式桌面机器人，非常适合轻型装配作业和自动化作业台等应用场合。这种紧凑型协作式桌面机器人但有效载荷可达6.6磅，所有手腕关节均可实现360度旋转，末端关节可无限旋转。具有结构紧凑、易于编程的特点，可以轻松实现不同任务之间的切换，满足焊接对敏捷性的需求。参照图2，为便于理解和描述焊接机器人中各部分之间及其与护栏之间的关系，建立如下坐标系和齐次变换矩阵：(1)机器人基座坐标系{O}，此坐标系定义为参考坐标系。所有坐标系都采用右手坐标系统。(2)末端执行器坐标系{E}，坐标系原点位于法兰盘中心。(3)焊枪坐标系{P}，其坐标原点位于焊枪的笔尖。(4)相机坐标系{CL}和{CR}，分别表示左右相机坐标系(左右以人面向相机镜头方向为准)，计算时以{CL}为基准，后面以{C}代替。(5)世界坐标系{W}，根据物体的形状建立合适的坐标系，这里指建立在标定靶标上的坐标系，又称为靶标坐标系。此坐标系仅限于标定视觉系统时使用。(6)图像坐标系{I}，物理单位成像坐标系。(7)像素坐标系{i}，物点在相机成像平面上的像素表示。机器人末端执行器位于某处时，以上各坐标系及坐标系间的变换关系如图2所示。图中非坐标系的箭头方向表示坐标变换方向。T6表示机械臂的参数；TEP表示焊枪坐标系与末端中执行器坐标系之间关系；TOC表示摄像机坐标系与基座坐标系之间关系；TCW表示世界坐标系与摄像机坐标系之间关系。该系统操作运行以基座坐标系为参考坐标系，因此各测量结果最终需转换到参考坐标系中。系统要完成自动识别焊接功能需要将护栏需要焊接的位置三维坐标传递给机器人控制器，使控制器控制机械臂末端移动到焊缝位置，实现智能焊接的功能。为实现以上控制目标需要建立系统各部分模型，包括摄像机模型、焊枪位置模型和手眼关系模型。相机采用无畸变小孔成像模型，设空间点M的像点为m，像点像素坐标的齐次形式和物点摄像机坐标系坐标分别为(um，vm，1)和(xCM，yCM，zCM)，它们之间的关系为：其中，和分别是u本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能焊接机器人系统，其特征在于，该机器人系统包括控制单元、双目视觉系统、焊接单元和计算单元，所述的双目视觉系统通过固定架固定于焊接台上方，所述的焊接单元包括焊枪、六自由度机器人和基座，所述的基座固定在所述的焊接台上，所述的六自由度机器人固定在所述的基座上，所述的焊枪固定在所述的六自由度机器人的末端执行器上，所述的控制单元与所述的双目视觉系统和计算单元电连接，所述的控制单元驱动双目视觉系统获取待焊接部件的图像信息、进行特征匹配计算视差以及获取焊缝的三维信息；所述的控制单元驱动所述的计算单元进行前向运算；所述的控制单元将获取焊缝的三维信息发送给所述的焊接单元进行焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能焊接机器人系统，其特征在于，该机器人系统包括控制单元、双目视觉系统、焊接单元和计算单元，所述的双目视觉系统通过固定架固定于焊接台上方，所述的焊接单元包括焊枪、六自由度机器人和基座，所述的基座固定在所述的焊接台上，所述的六自由度机器人固定在所述的基座上，所述的焊枪固定在所述的六自由度机器人的末端执行器上，所述的控制单元与所述的双目视觉系统和计算单元电连接，所述的控制单元驱动双目视觉系统获取待焊接部件的图...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘树文，马徐峰，李艳君，封超，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33