一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统及方法技术方案

本公开公开一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统及方法，在焊接机器人的焊接操作端设置3D相机和激光测距仪，焊接机器人第一关节的旋转轴与3D相机的Z轴重合，第二关节的旋转轴与3D相机的Y轴平行，激光测距仪发出光线与3D相机Z轴组成的平面与3D相机的Y轴垂直。能够通过调节焊接机器人的各关节，将3D相机的位姿调整至3D相机获得的同一层结构光上的点云与3D相机之间的距离大致相同，通过该位姿的3D相机获取的点云信息，能够基于距离信息的焊缝点云提取方法提取出焊缝点云，从而实现对焊接轨迹的准确规划。迹的准确规划。迹的准确规划。

【技术实现步骤摘要】
一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统及方法


[0001]本专利技术涉及3D相机拍摄位姿调整
，尤其涉及一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着工业生产水平的发展，机器人焊接逐渐代替人工焊接。目前利用焊接机器人对工件进行焊接的过程中需要进行复杂的示教编程工作，为免去复杂的示教编程工作，利用点云进行焊接轨迹规划的方式逐渐成为一种新型的解决方案。利用点云进行焊接轨迹规划过程中，为了保证焊接轨迹规划的准确性，需要对焊缝点云进行准确提取，目前鲁棒性较高的焊缝点云提取方法是基于距离信息的焊缝点云提取方法，该方法对点云生成过程中相机的拍摄姿态有较高的要求，但目前的焊接机器人系统中均不涉及通过调整3D相机的位姿，从而能够基于距离信息从获取的点云数据中准确提取焊缝点云。

技术实现思路

[0004]本公开为了解决上述问题，提出了一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统及方法，能够通过调节焊接机器人的各关节，将3D相机的位姿调整至3D相机获得的同一层结构光上的点云与3D相机之间的距离大致相同，通过该位姿的3D相机获取的点云信息，能够基于距离信息的焊缝点云提取方法提取出焊缝点云，从而实现对焊接轨迹的准确规划。
[0005]为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0006]第一方面，提出了一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统，包括焊接机器人，焊接机器人的关节从焊接机器人的焊接操作端开始，依次定义为第一关节、第二关节和其余关节，在焊接机器人的焊接操作端设置3D相机和激光测距仪，焊接机器人第一关节的旋转轴与3D相机的Z轴重合，第二关节的旋转轴与3D相机的Y轴平行，激光测距仪发出光线与3D相机Z轴组成的平面与3D相机的Y轴垂直；
[0007]通过调节第一关节、第二关节和其余关节，能够将3D相机的拍摄位姿调整至Y轴与焊缝长度方向平行、Z轴与焊缝的夹角平分线重合且结构光投影面完全覆盖焊缝。
[0008]第二方面，提出了一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统的工作方法，包括：
[0009]调节第一关节、第二关节和其余关节，使得3D相机的Y轴与焊缝长度方向平行、Z轴与焊缝的夹角平分线重合，且3D相机的结构光投影面完全覆盖焊缝；
[0010]通过3D相机对焊缝进行拍摄获取焊缝的点云信息；
[0011]基于距离信息从焊缝的点云信息中提取焊缝点云，焊缝点云用于焊接路径规划。
[0012]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0013]1、本公开通过将3D相机安装于焊接机器人的前端，并将3D相机的Z轴与第一关节的旋转轴重合，3D相机的Y轴与第二关节的旋转轴平行，从而能够通过调节第一关节、第二
关节和其余关节的角度，将3D相机调整至Y轴与焊缝长度方向平行、Z轴与焊缝的夹角平分线重合、3D相机的结构光投影面完全覆盖焊缝的状态，通过该位姿的3D相机获取的点云信息，能够基于距离信息的焊缝点云提取方法提取焊缝处点云，从而实现对焊接轨迹的准确规划。
[0014]2、本公开仅通过调节第一关节、第二关节和其余关节的角度，即可以实现调整3D相机至设定的拍摄位姿，提高了3D相机位姿调整的速度。
[0015]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0017]图1为实施例1公开系统的整体结构图；
[0018]图2为实施例1公开的3D相机不同拍摄姿态结构光示意图；
[0019]图3为实施例1公开的3D相机3个自由度示意图；
[0020]图4为实施例1公开的3D相机最终拍摄姿态示意图；
[0021]图5为实施例1公开的3D相机最终拍摄姿态需满足条件示意图；
[0022]图6为实施例1公开的关节角调整示意图。
具体实施方式：
[0023]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0024]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0026]实施例1
[0027]为了实现能够基于距离信息的焊缝点云提取方法提取出焊缝点云，进而通过该焊缝点云对焊接轨迹进行准确规划，在该实施例中，公开了一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统，包括焊接机器人，焊接机器人的关节从焊接机器人的焊接操作端开始，依次定义为第一关节、第二关节和其余关节，在焊接机器人的焊接操作端设置3D相机和激光测距仪，焊接机器人第一关节的旋转轴与3D相机的Z轴重合，第二关节的旋转轴与3D相机的Y轴平行，激光测距仪发出光线与3D相机Z轴组成的平面与3D相机的Y轴垂直；
[0028]通过调节第一关节、第二关节和其余关节，能够将3D相机的拍摄位姿调整至Y轴与焊缝长度方向平行、Z轴与焊缝的夹角平分线重合且结构光投影面完全覆盖焊缝。
[0029]进一步的，激光测距仪的激光发射口与3D相机结构光发射器平齐。
[0030]结合图1
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5对本实施例公开的一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统进行详细
说明。
[0031]通过3D相机获取包含焊缝信息的点云时，3D相机的结构光为编码结构光，拍摄生成的点云按照结构光方向进行逐层排列，生成最终的包含焊缝信息的点云。
[0032]若3D相机的拍摄焊缝时的位姿如图2中a所示：3D相机的Y轴与焊缝长度方向平行、Z轴与焊缝的夹角平分线重合，且3D相机的结构光投影面完全覆盖焊缝，可知，3D相机在该拍摄位姿进行拍摄获取焊缝的点云信息时，同一层结构光上的点云与3D相机之间的距离会按照先近后远再近的规律排列，并且距离最远的点位于焊缝位置，从而能够利用距离信息从3D相机拍摄获取的焊缝的点云信息中提取出焊缝点云。
[0033]其中，3D相机的Z轴为相机结构光的投射方向，3D相机的X轴为与Z轴垂直，且与相机的双目镜头所在的轴线重合，在确定的X轴和Z轴的基础上，使用右手准则确定的方向为3D相机的Y轴。
[0034]若3D相机的拍摄焊缝时的位姿如图2中b所示，即：3D相机的Y轴与焊缝长度方向垂直、Z轴与焊缝的夹角平分线重合。则3D相机运用该位姿进行拍摄获取点云信息时，同一层结构光上的点云与3D相机之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统，包括焊接机器人，焊接机器人的关节从焊接机器人的焊接操作端开始，依次定义为第一关节、第二关节和其余关节，其特征在于，在焊接机器人的焊接操作端设置3D相机和激光测距仪，焊接机器人第一关节的旋转轴与3D相机的Z轴重合，第二关节的旋转轴与3D相机的Y轴平行，激光测距仪发出光线与3D相机Z轴组成的平面与3D相机的Y轴垂直；通过调节第一关节、第二关节和其余关节，能够将3D相机的拍摄位姿调整至Y轴与焊缝长度方向平行、Z轴与焊缝的夹角平分线重合且结构光投影面完全覆盖焊缝。2.如权利要求1所述的一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统，其特征在于，激光测距仪的激光发射口与3D相机结构光发射器平齐。3.如权利要求1所述的一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统，其特征在于，激光测距仪用于当发出的激光点位于焊缝上时，判断3D相机的Z轴与焊缝的夹角平分线重合。4.一种获取焊缝点云信息的焊接机器人系统的工作方法，其特征在于，包括：调节第一关节、第二关节和其余关节，使得3D相机的Y轴与焊缝长度方向平行、Z轴与焊缝的夹角平分线重合，且3D相机的结构光投影面完全覆盖焊缝；通过3D相机对焊缝进行拍摄获取焊缝的点云信息；从焊缝的点云信息中提取焊缝点...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新诚，耿煜森，张园凯，宋锐，马昕，周乐来，李贻斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：