一种焊接机器人线结构光视觉传感器离线编程系统和方法

摘要

一种焊接机器人线结构光视觉传感器离线编程系统和方法，所述系统包括传感器模型，用于模拟传感器成像过程以获取视图模型，同时完成检测视野实体化，以方便用户图形编程；机器人模型，用于模拟机器人单点运动，并提供连接传感器输入信号的通信接口信息；工艺控制规则库，用于提供用于不同焊接任务的工艺特征提取规则和工艺的控制命令相关信息；图形编辑界面，用于用户与系统交互式图形编程；操作序列模块，用于保存一系列检测点的信息，该信息包括了单点运动命令、工艺补偿控制命令、工艺特征提取规则以及成像信号模型信息；编程信息输出，用于输出机器人程序文本以及传感器系统配置信息文本。

主权项

一种焊接机器人线结构光视觉传感器离线编程系统的编程方法，其特征是本方法基于焊接机器人线结构光视觉传感器离线编程系统，该系统是在计算机三维设计软件中的装配体空间中建立的仿真场景，包括传感器模型、机器人模型、工艺控制规则库、图形编辑界面、检测序列模块以及编程信息输出；所述传感器模型，是对传感器获取成像信号的过程进行仿真，通过提取仿真的激光信号在工件表面所获得的轮廓，并经由摄像机针孔模型投射至图像平面，以获得最终的工件表面成像轮廓信号；通过将图像平面反投至激光平面获得传感器外部的检测视野，进一步通过3D造型将检测视野实体化，传感器的传感头本身的实体模型也作为碰撞检测的基础；机器人模型包括运动学模型和实体模型；机器人模型是通过建立了机器人运动学模型完成机器人单点运动下的机械手末端与各关节角的同步，同时还完成关节角限位检测；针对不同类型的机器人模型，设有相应的用于连接传感器输入信号的通信接口信息；工艺控制规则库包含了用于各种工件模型的焊接任务的工艺特征提取规则和各种机器人用于该类工艺的控制命令相关信息；图形编辑界面是人机交互的图形化界面，提供给用户用鼠标与键盘对当前仿真场景中的各实体元素的操作与配置，并在仿真的时候显示出各仿真对象当前的运行状态；检测序列模块是在用户图形编辑的时候保存任务中的关键检测点的信息，并仿真运行整个操作序列，提供给用户对整个任务校验的基础；编程信息输出，是针对具体的机器人和传感器类型，将操作序列转换为符合机器人编程命令语法的程序文本以及传感器配置信息语法类型的程序文本供实际系统运行；本方法的步骤包括：1）判断是否建立仿真场景如果已经建立仿真场景，则进入步骤2）；如果没有建立，则建立仿真场景，并保存仿真场景，再进入步骤2）：仿真场景建立是在三维计算机辅助设计软件中的装配空间中建立的，将传感头模型、待测工件、机器人及其工具的三维实体模型共同导入该装配空间；如果还未建立传感头模型，则需要建立传感头模型；传感头建模是在仿真场景中导入传感头外壳的三维实体模型和传感头配置文件，系统在传感头内部得到投影参数模型，同时在传感头外壳的三维实体模型上完成传感头观测视野FOV的三维可视化生成；2）待测工艺特征指定在导入待测工件后，首先要选择所需工艺提取规则，然后进一步需要指定表示工件的基元特征参数xj所关联的工件基元特征；该工艺特征提取规则在一次性实际检测任务的整个周期中都有效，并一次性检测任务中同时存在多个工艺提取规则；3）检测点图形编程用户通过图形编辑界面，设定传感头相对于工件不同的检测位姿，并最终获得满足检测任务要求的检测序列，此时，要求每个检测点满足“感兴趣的目标工件特征处于传感头FOV范围内”和“机器人工具手满足相关工艺要求”的双重约束；4）检测编程命令序列保存当用户已经确定一个检测点后要求通知系统，系统自动完成一次传感头的成像过程仿真，将传感头成像信号视图模型、工艺特征的成像信号标识号以及传感头检测位姿作为一个检测点来保存；5）检测编程命令序列仿真运行检测序列进行仿真，并选择进行机器人关节限位与碰撞测试的检查，如果出现问题或者不满足要求，用户重新返回步骤3）做进一步的调整；6）编程结果输出检测编程命令序列通过命令转换模块输出成视觉处理配置文件和机器人程序文件，并分别由用户导入至视觉处理器和机器人控制器中，机器人与传感器将运行各自文件以共同协作完成实际检测任务；所述关键检测点的信息包括单点运动命令、工艺补偿控制命令、工艺特征提取规则以及成像信号模型信息；所述操作序列包括单点运动命令、工艺补偿控制 命令、工艺特征提取规则和成像信号模型；所述单点运动命令是由所述机器人模型单点运动仿真得到；工艺补偿控制命令是由机器人模型中的各种机器人模型以及工艺特征规则库中相应机器人用于相应工艺的控制命令相关信息得到；所述工艺特征提取规则由工艺特征规则库中相应种工件模型的焊接任务的工艺特征提取规则得到；所述成像信号模型由所述最终的工件表面成像轮廓信号得到；符合机器人编程命令语法的程序文本是由操作序列中的单点运动命令和工艺补偿控制命令转换得到；传感器配置信息语法类型的程序文本是由操作序列中的工艺特征提取规则和成像信号模型转换得到。