具有视觉焊缝自动跟踪功能的弧焊机器人控制平台制造技术

一种具有视觉焊缝自动跟踪功能的弧焊机器人控制平台，包括：　　　　控制器，用于控制机器人的运动；　　　　机器人，在所述控制器的控制下，移动焊枪进行焊接，其特征在于还包括：　　　　计算机，用于计算机器人的各种参数，通过控制器控制机器人的运动；　　　　激光器，向被焊工件发出平面光束；　　　　固定在机器人末端的摄像头，采集由激光器产生的平面光束照到被焊工件的接头坡口处所形成的图像，并将所采集的图像通过视频线传送到计算机进行处理。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通用的工业机器人控制系统，特别涉及具有视觉焊缝自动跟踪功能的弧焊机器人控制平台。
技术介绍
传统工业弧焊机器人系统的基本结构如图1所示，A1为控制器，R1为工业机器人，H1为焊枪，G1为待焊工件。这种系统采取的主要工作方式是示教再现，即在焊接工作前，手动控制机器人的末端焊枪沿焊缝移动，在移动过程中记录各个电机轨迹点的位置，以此来计算焊缝位置并完成焊接任务。这种作业方式的缺点之一是示教工作繁琐，占用较多工时，当焊缝较不规则时，这一缺陷尤其突出。另一个缺点是缺乏对焊缝位置变化的适应性。例如，如果一批工件的焊缝位置不是完全一致，那么就要逐个对工件进行位置示教。与一般工业自动化操作机构以及搬运机器人相比，弧焊机器人不仅对运动控制要求高，同时需要高精度的焊枪与工件之间的轨迹位置关系、运动速度以及焊枪姿态。提高工件加工精度、严格控制机器人示教轨迹不但会提高制造成本，而且限制使用范围。因此，为了提高生产效率，使弧焊机器人系统具有对焊缝位置变化的适应性，必须使弧焊系统具备焊缝自动跟踪功能。焊缝视觉跟踪传感器主要分为三种方式结构光式、激光扫描式和直接拍摄电弧式。目前现存的弧焊机器人的视觉控制系统还存在许多不完善的地方，不具备开放性，不能满足机器人在未知环境下识别、处理问题的要求。(参见吴林、陈善本等编著《智能化焊接技术》，国防工业出版社，2001.5)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有视觉焊缝自动跟踪功能的弧焊机器人控制平台。为实现上述目的，具有视觉焊缝自动跟踪功能的弧焊机器人控制平台，包括控制器，用于控制机器人的运动；机器人，在所述控制器的控制下，移动焊枪进行焊接，其特征在于还包括计算机，用于计算机器人的各种参数，通过控制器控制机器人的运动；激光器，向被焊工件发出平面光束；固定在机器人末端的摄像头，采集由激光器产生的平面光束照到被焊工件的接头坡口处所形成的图像，并将所采集的图像通过视频线传送到计算机进行处理。本专利技术实现了弧焊机器人的焊缝自动跟踪功能，可大大提高生产效率；本专利技术具有开放的结构体系，可以控制多种类型的工业机器人、伺服控制器、视频设备(包括视频采集卡和CCD摄像头)，能够更加灵活地控制工业机器人，更加方便地增加或改变其硬件配置，实现不同的功能，使现有的机器人生产进一步适应现代工业生产小批量多品种的要求；本专利技术也可以作为一种实验平台，通过在其上层开发基于不同操作系统的控制软件，可以对以前只能通过计算机仿真的各种控制策略进行实验，为未来工业机器人的研究及开发提供一种实验平台。附图说明图1为传统的弧焊工业机器人控制系统的配置连接图；图2为基于开放式工业机器人控制器的具有视觉焊缝自动跟踪功能的弧焊机器人视觉平台配置连接图；图3为开放式工业机器人控制器内部驱动部分连接图；图4为两部CCD摄像头与双路采集卡的连接图。具体实施例方式本专利技术与现有技术(图1)的不同之处在于增加了外接的PC机I1，使用户可以根据自己的实际需要编制和修改控制程序。配置了两个固定于机器人末端的CCD摄像头D1和D2，以及一个激光发射器L1，以生成结构光。本专利技术的技术核心还在于将开放式工业机器人控制器应用于机器人视觉系统，通过计算机连接两个CCD摄像头(可外加滤光片)，并且通过开放式工业机器人控制器控制激光发射装置。图2为该控制平台具体的连线示意图，图中的I1为工业计算机；A2为开放式工业机器人控制器；D1和D2为固定在机器人末端的CCD摄像头(可外加滤光片)，数据线连接到A2中的视频采集卡的视频端口，其位姿随机器人末端的位姿变化而变化；L1为一激光发射器(可外加滤光片)，它通过一个调光控制装置(图3中C6)与A2相连，光强的调节通过A2实现。图2的工作原理如下计算机通过插在其PCI总线上的视频采集卡与CCD摄像头相连，采集卡为双路输入，可以根据不同的需要选用不同的摄像头。为完成视觉焊缝自动跟踪任务，首先由控制器通过C7控制激光器L1发出平面光束，摄像头D1和D2采集由激光器产生的面束照到工件G2的接头坡口处所形成的图像，并通过视频线传送到计算机，然后经过滤波、图像二值化、图像细化和直线拟合等图像处理过程，得到图像的各种特征参数。由两个摄像头图像的匹配关系和预先标定过的摄像头内外参数，再提取出槽口的位姿、尺寸等所需要的各种信息。根据所得到的信息，通过特定的算法规划出机器人的运动轨迹，然后分解到各个关节。计算机把各个关节的运动参数传到开放式机器人控制器A2，控制器内的伺服包输出的驱动信号可以驱动机器人R2的伺服电机，控制机器人的运动，完成视觉焊缝自动跟踪任务。R2各个关节的位置通过安装在关节电机上的码盘得到。CCD摄像头的采样图像效果受光线强度影响很大，于是设计A2有一路输出控制激光器L1的光源输出强度，如果D2和D3采样得到的图像效果不理想，系统可自动根据实际需要调节L1的光强。图3为开放式机器人控制器内部驱动部分连线图，图中C1为多轴运动控制器PMAC2-PC(简称PMAC)，它可以插在工业计算机上的ISA总线的插槽上，C2(第二码盘转换器)和C3(第一码盘转换器)为YASKAWA绝对码盘转换器ACC-8D-OPTION9，C4(第一信号匹配转换器)、C5(第二信号匹配转换器)和C6(第三信号匹配转换器)为信号匹配转换器ACC-8E，C7为电压调节电路；C2、C3、C4、C5、C6和C7均安装在A2内部；C1的J1端口与C2的P6口连接，JMAC2、JMAC3和JMAC4端口分别与C4、C5和C6的JMACH口连接；C2的J2端口与C4的J1端口相连，C3的J1、J2端口分别与C5和C6的J1端口连接；伺服包S1、S2、S3、S4、S5和S6分别驱动交流伺服电机M1、M2、M3、M4、M5和M6；伺服包S1和S2的EO端口分别连接到C2的P2和P3端口，伺服包S3、S4、S5和S6的EO端口分别连接到C3的P1、P2、P3和P4端口；伺服包S1和S2的CI端口分别连接到C4的TB3和TB5端口，伺服包S3和S4的CI端口分别连接到C5的TB3和TB5端口，伺服包S5和S6的CI端口分别连接到C6的TB3和TB5端口；C6的TB4端口与C7相连；C7与激光器L1相连。图3的工作原理如下通过运行在工业计算机上编制的控制程序发出电压控制信号，通过C1上的JMAC2、JMAC3和JMAC4端口传送给C4、C5和C6的JMAC端口，再由C4、C5和C6经过数模转化传送给伺服包S1、S2、S3、S4、S5和S6，进而形成伺服电机M1、M2、M3、M4、M5和M6的驱动脉冲。机器人各个关节的位置的变化是通过安装在伺服电机上的绝对码盘产生的。由M1、M2、M3、M4、M5和M6产生的码盘信号先送给S1、S2、S3、S4、S5和S6，再通过它们的EO端口传递给绝对码盘转换器C2和C3；一方面C3将码盘绝对位置信号传给C2，C2再将C2和C3的绝对位置信号都传回PMAC；另一方面C2和C3将绝对码盘信号转换为增量信号，C2将此信号传给C4，C3将增量信号分别传给C5和C6；在需要时，C4、C5和C6通过各自的JMAC端口再将增量信号传给PMAC；最后通过ISA总线，PMAC再将各电机的绝对位置读数上传工控机。这样计算机就得到了伺服电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭民，徐德，梁自泽，景奉水，顾农，陈刚，赵晓光，涂志国，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：