焊接机器人动态闭环控制系统及其实时动态修正算法

1.焊接机器人动态闭环控制系统，能基于图像实时反馈完成焊接工作，其特征在于，所述焊接机器人动态闭环控制系统包括工控机、运动控制卡、焊接机器手、图像反馈系统；
所述工控机用于作为焊接机器人动态闭环控制系统的控制器，能实现运动规划和将机器人运动控制指令发送到运动控制卡的控制任务缓冲区中；所述运动控制指令是指运动控制卡能直接执行的指令；
所述运动控制卡能从控制任务缓冲区按照先进先出的顺序取出运动控制指令，对焊接机械手进行控制；所述控制任务缓冲区设置在运动控制卡中，用于存储运动控制指令，且还未执行的运动控制指令能通过工控机进行重新覆盖修改，运动控制卡按照修改后的运动控制指令进行执行；
所述焊接机械手包括焊接关节、伺服电机和驱动器，能用于完成焊接工作；
所述图像反馈系统能实时采集焊缝图像，并进行图像识别获得工具空间焊缝路径轨迹P1＝f1(x1,y1,z1)，将识别的工具空间焊缝路径轨迹传送到工控机，工控机能利用图像反馈系统传送的焊缝轨迹完成运动规划；
工控机进行运动规划具体是指：工控机根据图像反馈系统传送过来的实际焊缝曲线，与预定的工具空间焊缝路径P2＝f2(x2,y2,z2)进行计算获得误差，对规划好的任务曲线和参数进行修改，获得修正后的工具空间焊缝路径轨迹P3＝f3(x3，y3，z3)；
修正工具空间焊缝路径轨迹的具体方法为：
P3＝f3(x3,y3,z3)＝f(2×x2－x1,2×y2－y1,2×z2－z1)  (1)
即：x3＝2×x2－x1  (2)
y3＝2×y2－y1  (3)
z3＝2×z2－z1  (4)
工控机利用修正后的工具空间焊缝路径轨迹P3＝f3(x3，y3，z3)重新规划运动控制指令下发到运动控制卡的控制任务缓冲区中，并取消运动控制卡中还未执行完毕的老的运动控制指令，运动控制卡按照重新规划后的运动控制指令执行，实现对焊接机器手的运动实时调整规划。

焊接机器人动态闭环控制系统及其实时动态修正算法\n技术领域\n[0001] 本发明是关于工业机器人领域，特别涉及焊接机器人动态闭环控制系统及其实时动态修正算法。\n背景技术\n[0002] 工业机器人是目前应用最终成熟和成功的机器人技术，可以代替人工实现高强度、复杂的重复性劳动，提高生产效益和产品质量，并将工人从复杂、高强度的劳动环境中解放出来，去执行更加智能和低强度的工作。通常工业机器人的控制系统包括控制器、运动控制卡和机器人本体几个部分组成，机器人本体包括伺服电机、伺服驱动器和机械关节结构几个部分构成。控制器规划控制任务并转化为机器人运动控制指令集合下发到运动控制卡，并发送机器人启动、停止等控制命令，运动控制卡收到运动控制指令集合后对伺服系统进行控制，实现对机器人的具体的控制。\n[0003] 传统的焊接机器人控制方法中，控制器通过教导或者离线编程等方式将控制任务规划好以后，一条一条指令的下发到运控控制器进行执行，或者一次性运动控制任务指令集合下发到运动控制器，然后控制器向运动控制卡发送启动运行控制指令，接下来运动控制卡就执行下发的运动控制集合，再次过程中控制器不干涉运动控制卡的执行过程。而实际的工作场合，以及规划和教导机器人运动控制任务过程中存在各种各样的干扰，以及具体和焊接工件存在了各种误差，使得每次焊接工件都存在一定的具体误差，实际焊接效果和理想的焊接效果存在一定的差距，但是由于运动控制任务下载到运动控制卡以后无法修改，如果需要修改则需要重新教导或者规划控制任务，规划好以后则仍然是固定的，不能再实际的执行过程中进行实施调整以消除实际工作中的各种误差，因此焊接效果并不是总能满足要求。\n发明内容\n[0004] 本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能基于图像反馈实时修正焊接运动轨迹的焊接机器人动态闭环控制系统及方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：\n[0005] 提供焊接机器人动态闭环控制系统，能基于图像实时反馈完成焊接工作，所述焊接机器人动态闭环控制系统包括工控机、运动控制卡、焊接机器手、图像反馈系统；\n[0006] 所述工控机用于作为焊接机器人动态闭环控制系统的控制器，能实现运动规划和将机器人运动控制指令发送到运动控制卡的控制任务缓冲区中；所述运动控制指令是指运动控制卡能直接执行的指令(MOVJ、MOVL等)；\n[0007] 所述运动控制卡能从控制任务缓冲区按照先进先出的顺序取出运动控制指令，对焊接机械手进行控制；所述控制任务缓冲区设置在运动控制卡中(具有一定的大小)，用于存储运动控制指令，且还未执行的运动控制指令能通过工控机进行重新覆盖修改，运动控制卡按照修改后的运动控制指令进行执行；\n[0008] 所述焊接机械手包括焊接关节、伺服电机和驱动器，能用于完成焊接工作(焊接机械手是一类特殊应用的工业机械手，目前市场上有成熟的产品)；\n[0009] 所述图像反馈系统能实时采集焊缝图像，并进行图像识别，将识别的焊缝轨迹传送到工控机，工控机能利用图像反馈系统传送的焊缝轨迹完成运动规划；\n[0010] 工控机进行运动规划具体是指：工控机能通过将预定的焊缝轨迹和图像系统反馈传送的焊缝轨迹进行对比，重新对控制任务缓冲区中还未执行的运动控制指令、后续运动轨迹进行实施规划，重新下发运动控制指令到运动控制卡的控制任务缓冲区中。\n[0011] 提供用于所述的焊接机器人动态闭环控制系统的实时动态修正算法，具体包括下述步骤：\n[0012] 图像反馈系统根据采集的实际焊缝图像，识别获得工具空间焊缝路径轨迹P1＝f1(x1,y1,z1)，并将工具空间焊缝路径轨迹发送到工控机；工控机根据图像反馈系统传送过来的实际焊缝曲线，与预定的工具空间焊缝路径P2＝f2(x2,y2,z2)进行计算获得误差，并对规划好的任务曲线和参数进行修改，获得修正后的工具空间焊缝路径轨迹P3＝f3(x3，y3，z3)；\n[0013] 修正工具空间焊缝路径轨迹的具体方法为：\n[0014] P3＝f3(x3,y3,z3)＝f(2×x2－x1,2×y2－y1,2×z2－z1)  (1)\n[0015] 即：x3＝2×x2－x1  (2)\n[0016] y3＝2×y2－y1  (3)\n[0017] z3＝2×z2－z1  (4)\n[0018] 工控机利用修正后的工具空间焊缝路径轨迹P3＝f3(x3，y3，z3)重新规划运动控制指令下发到运动控制卡的控制任务缓冲区中，并取消运动控制卡中还未执行完毕的老的运动控制指令，运动控制卡按照重新规划后的运动控制指令执行，实现对焊接机器手的运动实时调整规划。\n[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：\n[0020] 本发明的焊接机器人动态闭环控制系统能够在执行的过程中，实时的动态规划剩余的运动轨迹，利用图像反馈的焊接路径，实时克服各种原因造成的误差，提高焊接质量。\n附图说明\n[0021] 图1为本发明的焊接机器人动态闭环控制系统框图。\n具体实施方式\n[0022] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：\n[0023] 如图1所示的焊接机器人动态闭环控制系统包括工控机、运动控制卡、焊接机器手、图像反馈系统，能基于图像实时反馈完成焊接工作。\n[0024] 工控机用于作为焊接机器人动态闭环控制系统的控制器，能实现运动规划和将机器人运动控制指令发送到运动控制卡的控制任务缓冲区中。所述运动控制指令具体是指运动控制卡可直接执行的MOVJ、MOVL等指令。\n[0025] 运动控制卡能从控制任务缓冲区按照先进先出的顺序取出运动控制指令，对焊接机械手进行控制。所述控制任务缓冲区具有一定的大小，设置在运动控制卡中，用于存储运动控制指令，且还未执行的运动控制指令能通过工控机进行重新覆盖修改，运动控制卡按照修改后的运动控制指令进行控制。这种工作模式解决了传统的下发一条指令，执行一条指令的不足，可以不断实时的修正机器手的运动误差。\n[0026] 焊接机械手包括焊接关节、伺服电机和驱动器。\n[0027] 图像反馈系统能实时采集焊缝图像，并进行图像识别，将识别的焊缝轨迹传送到工控机，工控机能利用图像反馈系统传送的焊缝轨迹完成运动规划。\n[0028] 工控机进行运动规划具体是指：工控机能通过将预定的焊缝轨迹和图像系统反馈传送的焊缝轨迹进行对比，重新对控制任务缓冲区中还未执行的运动控制指令、后续运动轨迹进行实施规划，重新下发运动控制指令到运动控制卡的控制任务缓冲区中。\n[0029] 用于所述焊接机器人动态闭环控制系统的实时动态修正算法，具体包括下述步骤：\n[0030] 图像反馈系统根据采集的实际焊缝图像，识别获得工具空间焊缝路径轨迹P1＝f1(x1,y1,z1)，并将工具空间焊缝路径轨迹发送到工控机；工控机根据图像反馈系统传送过来的实际焊缝曲线，与预定的工具空间焊缝路径P2＝f2(x2,y2,z2)进行计算获得误差，并对规划好的任务曲线和参数进行修改，获得修正后的工具空间焊缝路径轨迹P3＝f3(x3，y3，z3)；\n[0031] 修正工具空间焊缝路径轨迹的具体方法为：\n[0032] P3＝f3(x3,y3,z3)＝f(2×x2－x1,2×y2－y1,2×z2－z1)   (1)\n[0033] 即：x3＝2×x2－x1   (2)\n[0034] y3＝2×y2－y1  (3)\n[0035] z3＝2×z2－z1  (4)\n[0036] 工控机利用修正后的工具空间焊缝路径轨迹P3＝f3(x3，y3，z3)重新规划运动控制指令下发到运动控制卡的控制任务缓冲区中，并取消运动控制卡中还未执行完毕的老的运动控制指令，运动控制卡按照重新规划后的运动控制指令执行，实现对焊接机器手的运动实时调整规划，消除了实际执行过程中的各种干扰造成的误差，达到提高了焊接质量的目的。\n[0037] 最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。