一种箱型件焊缝自主寻位及轨迹自动生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种箱型件焊缝自主寻位及轨迹自动生成 方法。
【背景技术】
[0002] 船舶焊接技术是中国现代造船模式中的关键技术之一，在船体建造中，焊接工时 约占船体建造总工时的30%-40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%-50%。先进的船 舶焊接技术对船舶制造商提高产品的性能、缩短建造的周期以及降低产品的成本有着重要 的作用。
[0003] 在大型船舶焊接的工程应用中，机器人焊接离线编程技术由于自动化程度高，生 产效率好，具有很广泛的应用前景。但是大型船舶内底分段的纵桁和肋板组成箱型的结构， 建造中有大量的角焊缝需要焊接，就单个箱形件来说，已经包含有4条平角焊缝和4条立角 焊缝。针对这种箱型件的焊缝寻位，目前船厂主要采用接触式传感焊接方法，它是将带有电 压的焊丝向工件移动，当焊丝和工件接触时，焊丝和工件间的电位差变为零，通过程序计算 出实际位置，从而获得焊缝轨迹。但这种方法柔顺性比较差，当更换尺寸差异较大的零件 时，焊缝自主寻位的周期比较长，造成大批量连续生产具有局限性，很难满足客户的个性化 制造。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种箱型件焊缝自主寻位及轨迹自动生成 方法，通过视觉和激光扫描生成机器人离线程序，实现机器人系统非接触式快速寻找焊缝 的功能，将大大缩短了传统接触式传感焊缝寻位的时间，从而决了船厂面对不同尺寸箱形 件自动化焊接的难题。
[0005] 为此，本发明提供一种箱型件焊缝自主寻位及轨迹自动生成方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1:建立相机、点激光传感器、机器人与工控机之间的通讯；
[0007] 步骤2:控制相机拍照，并将箱型件的坐标传递给机器人；
[0008] 步骤3:点激光传感器根据获取的机器人位置信息进行扫描寻找机器人控制器；
[0009] 步骤4:机器人控制器与工控机通讯，在获取工控机信号后，末端运动到扫描位置； [0010]步骤5:点激光传感器进行测距；
[0011] 步骤6:采集卡获得点激光传感器采得距离的模拟量，并传递给工控机；
[0012] 步骤7:工控机将距离的模拟量转换为数字量，并通过坐标转换生成新的点坐标；
[0013] 步骤8:重复扫描箱型件侧壁，直至扫描完成；
[0014]步骤9:将扫描得到的点坐标进行计算得到箱型件焊缝轨迹；
[0015] 步骤10:生成离线的机器人程序并自动导入机器人控制器；
[0016] 步骤11:进行焊缝轨迹测试后焊接；
[0017] 其中：
[0018] 所述步骤9中，通过控制机器人末端执行器多个不同位置下测量同一点的坐标，推 导出旋转矩阵和平移矩阵，即可获得点激光传感器与执行器的手眼关系矩阵。
[0019] 所述相机、点激光传感器、机器人与工控机之间通过以太网进行通讯。
[0020] 步骤9中，设α为激光传感器的坐标系，CT为机器人末端坐标系，CB为机器人基坐标 系;B a、T4PLa表示球面上点在机器人基座标系、机器人末端坐标系和激光传感器坐标系下 的坐标，其中Ba= [bx，by，bz]T，Ta= [tx，ty, tz]T，La= [lx, ly, 1Z]T，激光器传感器的坐标系Cl 到机器人末端坐标系Ct的旋转矩阵为办，平移矩阵为Ti;机器人末端坐标系Ct到机器人基坐 标系CB的旋转矩阵为R t,平移矩阵为Tt，其中旋转矩阵为矩阵3 X 3矩阵，平移矩阵为3 X 1矩 阵;矩阵B为4 X 4齐次矩阵，表不描述机器人末端坐标系Ct与机器人基座标系Cb间的相对方 位，由旋转矩阵Rt与平移矩阵Tt描述；
[0021] 贝 1J:
[0022] 坐标系Cl到CT的转换为：
[0023] Ta = RlLa+Tl
[0024] 坐标系CT到CB的转换为：
[0025] Ba = RtTa+Tt
[0026] 所以，坐标系Cl到CB的转换为：
[0027] Ba = Rt(Ri La+Ti)+Tt
[0028] 转换为齐次矩阵有：
[0029] Ο
[0030] 矩阵X为4X4齐次矩阵，表示手眼关系矩阵，且矩阵X在机器人任意姿态下都是相 同的，调整姿态并设置点激光传感器所测距离始终为1〇〇_，则该点在激光传感器的坐标系 下的坐标不变的;采用4个不同的位姿：
[0031] (1)：
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] (3)：
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 其中，（2)-(1)得：
[0040] 5:
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] 得到点激光传感器与执行器的手眼关系矩阵后进行计算得到箱型件焊缝轨迹，然 后生成离线的机器人程序并自动导入机器人控制器后进行焊接。
[0050] 本发明提供的所述箱型件焊缝自主寻位及轨迹自动生成方法通过建立视觉系统 和机器人控制器之间的通讯，获取初始位置点进行激光检测及数据处理，最终生产焊接机 器人轨迹并自动导入机器人控制器，进行焊接。本发明能够对尺寸大小不一的箱型件进行 焊缝自主寻位和自动焊接，对焊缝轨迹进行合理规划，解决了尺寸大小不一批量连续生产 的局限性。
【附图说明】
[0051]图1为本发明提供的一种箱型件焊缝自主寻位及轨迹自动生成方法中各坐标系间 的转换示意图。
【具体实施方式】
[0052]下面结合附图对本发明的实施例进行详述。
[0053]请参阅图1，本发明提供一种箱型件焊缝自主寻位及轨迹自动生成方法，包括如下 步骤：
[0054] 步骤1:建立相机、点激光传感器、机器人与工控机之间的通讯；
[0055] 步骤2:控制相机拍照，并将箱型件的坐标传递给机器人；
[0056] 步骤3:点激光传感器根据获取的机器人位置信息进行扫描寻找机器人控制器；
[0057] 步骤4:机器人控制器与工控机通讯，在获取工控机信号后，末端运动到扫描位置；
[0058]步骤5:点激光传感器进行测距；
[0059]步骤6:采集卡获得点激光传感器采得距离的模拟量，并传递给工控机；
[0060]步骤7:工控机将距离的模拟量转换为数字量，并通过坐标转换生成新的点坐标； [0061 ]步骤8:重复扫描箱型件侧壁，直至扫描完成；
[0062] 步骤9:将扫描得到的点坐标进行计算得到箱型件焊缝轨迹；
[0063] 步骤10: