一种线激光作为机器人工具获取目标点的新方法与流程

1.本发明涉及线激光取点技术领域，具体为一种线激光作为机器人工具获取目标点的新方法。


背景技术：

2.现有技术的机器人激光定位方法及装置，存在以下问题：
3.第一、现有技术的线激光获取目标点，一般都是使用硬件提供的二次开发接口函数结合目标位置特征来实现，大部分都是与机器人焊枪工具进行手眼标定确定目标位置，实现对目标位置的同步扫描和计算，从而引导机器人进行跟踪焊接，这种方法对硬件提供的取点功能过于依赖，常有复杂轮廓的取点无效或偏差过大问题，且只适用于激光跟踪焊接，施焊位置结构不能复杂，长时间施焊过程中焊枪管壁高温就会影响线激光的跟踪精度，不能实现非标构件、短小焊缝和狭小空间的焊接需求，每次焊枪工具发生变化或者重新标定，线激光都要重新进行手眼标定，使得辅助时间长，线激光用于跟踪会安装在焊枪末端较低位置，影响焊枪做动作，施工姿态固定，缺少灵活性；
4.第二、现有技术的线激光定位装置，对激光及焊枪的定位机构过于复杂，使用多轴联动，存在操作困难的问题，同时现有技术的激光及焊枪散热装置，风扇的气流呈直线型，只能使得其中一条线的空气被带走，散热效率低，其他散热装置安装复杂，成本较高，不便使用。
5.为解决上述问题，发明者提供了一种线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，通过将线激光当作一个单独的工具进行标定使用，不需要与焊枪进行手眼标定，结合设定的几何拓扑点关系计算出目标焊缝的实际位置，适用于复杂构件，标定时线激光的虚拟末端tcp点一般都略超出焊枪末端tcp，减少扫描过程中焊枪触碰周围结构的概率，通过气流循环，从而达到散热的目的。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，具备实用性高、可靠性高、便捷性高的优点，解决了实用性低、可靠性低、便捷性低的问题。
7.为实现上述实用性高、可靠性高、便捷性高的目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，包括以下步骤：
8.s1、预安装：将线激光器活动安装在机器手臂夹持器一上，将焊枪活动安装在机器手臂夹持器二上；
9.s2、扫描轮廓：通过上位机发送命令，下位机接收指令，转动机器手臂夹持器一使得激光器发射激光，照射在一个轮廓尖锐的小物体(如一小段角钢)的表面，通过激光器二次开发函数接口实时读取线激光扫描到的目标物体轮廓点云数据，通过激光器二次开发函数接口传输数据至下位机转换数字信号，将数字量转换为模拟量，通过中断的方式将模拟
数据复制到上位机接收缓冲区，对复制的模拟数据进行处理，在窗体中绘制出点云图形便于识别轮廓和方向，将数据写入文件；
10.s3、确定标定工具tcp点：根据实时的点云数据，识别出的轮廓和方向，确定x轴及z轴坐标值偏差量，使轮廓标识点数据x＝0，z＝设定的虚拟工具长度，即焊枪长度，此时的标识点对应的位置数据即为当前标定工具的tcp点，通过上位机向下位机发出参数读取指令，下位机收到参数读取指令，操纵机器手臂夹持器二进行运动，使得焊枪的方向与标定工具tcp点进行初步重合；
11.s4、确定虚拟tcp点：虚拟点仍然按机器人控制系统提供的6点法进行标定，即在机器人焊枪设备装置动作范围内找一个非常精确的固定点，即当前标定工具的tcp点，焊枪的中心点确定为参考点，通过上位机操纵设备移动焊枪，以四种不同的方向与姿态与固定点刚好碰上，第五点是焊枪中心点从固定点向将要设定的标定工具tcp点的x方向移动，第六点是焊枪中心点从固定点向将要设定的标定工具tcp点的z方向移动，通过前四个点的位置数据即可计算出虚拟tcp点的位置，通过后两个点即可确定虚拟tcp点的姿态，将步骤s3、s4标定后的tcp点参数值，保存在设定的机器人工具号中，通过虚拟tcp点的姿态，调整激光角度及位置，通过上位机向下位机发出参数读取指令，下位机收到参数读取指令，操纵机器手臂夹持器一进行运动，使得激光器的方向与虚拟tcp点的姿态进行初步重合，标定的虚拟tcp点需要超出标定工具的tcp点，以防止在进行目标点扫描时焊枪触碰周边构件；
12.s5、线激光目标点虚拟tcp点值拟合：操纵机器人进行运动，线激光对于目标点位置扫描轮廓，由于目标点不一定是规则的边界，所以需要对目标轮廓点云数据进行特征拟合，通过两侧激光器发射线激光，两条直线求交点，可以适合外边界交点和内边界交点；
13.s6、反光干扰：在步骤s5中线激光对于目标点位置扫描轮廓局部区域有反光干扰，通过上位机读入反光强度，对点云数据进行提取并对提取后的点云数据进行过滤处理，过滤出反光强度高和反光强度低的点云数据，通过反光点云数据与目标轮廓点云数据进行特征拟合，完成关键线段的提取；
14.s7、目标交点的计算：通过目标轮廓点云数据获得波形图，定义卷积矩阵与阈值，将卷积矩阵与点云数据进行卷积运算，运算结果与所述阈值进行比较，获得新矩阵，通过中值滤波运算以后，进行图像还原，获得目标图像，拟合出一条轮廓清晰的边界，然后再根据取点特征计算目标点值；
15.s8、线激光目标点到机器人坐标系计算：通过激光器扫描目标位置，根据点云数据计算出目标交点，计算出目标点在当前线激光工具坐标系下相对坐标值，用p(dx，dz)表示，获取当前虚拟工具tcp位姿值，把目标点左乘当前tcp矩阵得到目标点的机器坐标系下位姿值，计算后的目标点位姿值是基于机器人底座坐标系的值，通过下位机使得机器手臂夹持器二移动焊枪至计算后的目标点位姿值。
16.一种线激光作为机器人工具获取目标点的装置，包括角度控制机构，所述角度控制机构包括有螺杆一，所述螺杆一的底端传动连接有减速齿轮，所述减速齿轮的内部传动连接有传动轴一，所述传动轴一的底端固定连接有球状体，所述球状体的外侧滑动连接有连接壳一，所述连接壳一的内部固定连接有控制块，所述控制块的外侧设置有电极，所述电极的外侧固定连接有连接壳二，所述控制块的外侧设置有电磁装置，因此，通过控制块控制电极通过电流，通过电流变液的特性，可以使得球状体带动连接壳一以及激光装置转动，进
行螺旋式扫描，同理可应用与焊枪工具的定位。
17.优选的，还包括有降温机构，所述降温机构包括有螺杆二，所述螺杆二的中部啮和有螺杆三，所述螺杆三的中部传动连接有叶轮，所述叶轮的外侧活动连接有隔板，所述隔板的下侧设置有球形密封，所述球形密封的内部活动连接有激光装置，因此，通过管状隔板下侧空气喷出口相对，使得空气对流，带动热空气上升，通过伯努利原理的应用，使得气流循环，从而达到高效散热的目的。
18.优选的，所述螺杆一与电机传动连接，所述减速齿轮设置不少于两个，所述球状体与连接壳二滑动连接，所述控制块与电极、电磁装置电性连接，所述连接壳二的内部设置有电流变液，因此，通过电流变液的他行，便于进行控制，所述螺杆一与螺杆二相互啮合，所述隔板为管状，所述隔板的底端管径小于顶端的管径，所述连接壳一与激光装置固定连接。
19.优选的，还包括有激光安装臂，所述激光安装臂的内部活动连接有角度控制机构，所述激光安装臂的内部活动连接有降温机构，所述激光安装臂的侧面活动安装有工具安装臂，所述工具安装臂的内部活动安装有焊枪工具。
20.优选的，所述工具安装臂的内部活动连接有角度控制机构，所述工具安装臂的内部活动连接有降温机构，所述激光安装臂的内部与磁块固定连接，所述球形密封与焊枪工具活动连接，因此，起到密封的作用。
21.有益效果
22.与现有技术相比，本发明提供了一种线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，具备以下有益效果：
23.1、该线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，通过将线激光当作一个单独的工具进行标定使用，不需要与焊枪进行手眼标定，减少焊枪末端tcp调整对线激光使用的影响，使用上位机作为总控手段，焊接前先对目标位置焊缝进行取点，结合设定的几何拓扑点关系计算出目标焊缝的实际位置，直接将目标焊缝路径进行焊接工艺参数处理后发送给焊枪进行焊接，适用于复杂构件环境，过长焊缝通过分段处理后也能获得很好的焊接效果和精度。
24.2、该线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，线激光设备安装在焊枪夹持器较高位置，或者机器人末端本体上，利于焊枪做一些复杂姿态，减少焊枪管壁温差变化对线激光取点精度的影响，标定时线激光的虚拟末端tcp点一般都略超出焊枪末端tcp，减少扫描过程中焊枪触碰周围结构的概率。
25.3、该线激光作为机器人工具获取目标点的装置，通过电流变液的特性，使得球状体带动连接壳一以及激光装置转动，进行螺旋式扫描，同理可应用与焊枪工具的定位，结构简单，通过隔板的底端管径小于顶端的管径，以及伯努利原理的应用，使得空气对流，带动热空气上升，使得气流循环，从而达到高效散热的目的。
附图说明
26.图1为本发明装置整体结构示意图；
27.图2为本发明激光安装臂剖视结构示意图；
28.图3为本发明角度控制机构结构示意图；
29.图4为本发明工具安装臂剖视结构示意图；
30.图5为本发明球形密封结构示意图；
31.图6为本发明tcp点结构示意图；
32.图7为本发明线激光标定结构示意图；
33.图8为本发明线激光目标点值拟合结构示意图；
34.图9为本发明线激光目标点到机器人坐标系计算结构示意图。
35.图中：1、激光安装臂；2、角度控制机构；21、螺杆一；22、减速齿轮；23、传动轴一；24、球状体；25、连接壳一；26、控制块；27、电极；28、连接壳二；29、电磁装置；3、降温机构；31、螺杆二；32、螺杆三；33、叶轮；34、隔板；35、球形密封；36、激光装置；4、工具安装臂；5、焊枪工具。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.下面通过实施例对本发明作进一步的描述：
38.实施例一：
39.请参阅图6
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9，一种线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，包括以下步骤：
40.s1、预安装：将线激光器活动安装在机器手臂夹持器一上，将焊枪活动安装在机器手臂夹持器二上；
41.s2、扫描轮廓：通过上位机发送命令，下位机接收指令，转动机器手臂夹持器一使得激光器发射激光，照射在一个轮廓尖锐的小物体(如一小段角钢)的表面，通过激光器二次开发函数接口实时读取线激光扫描到的目标物体轮廓点云数据，通过激光器二次开发函数接口传输数据至下位机转换数字信号，将数字量转换为模拟量，通过中断的方式将模拟数据复制到上位机接收缓冲区，对复制的模拟数据进行处理，在窗体中绘制出点云图形便于识别轮廓和方向，将数据写入文件；
42.s3、确定标定工具tcp点：根据实时的点云数据，识别出的轮廓和方向，确定x轴及z轴坐标值偏差量，使轮廓标识点数据x＝0，z＝设定的虚拟工具长度，即焊枪长度，此时的标识点对应的位置数据即为当前标定工具的tcp点，通过上位机向下位机发出参数读取指令，下位机收到参数读取指令，操纵机器手臂夹持器二进行运动，使得焊枪的方向与标定工具tcp点进行初步重合；
43.s4、确定虚拟tcp点：虚拟点仍然按机器人控制系统提供的6点法进行标定，即在机器人焊枪设备装置动作范围内找一个非常精确的固定点，即当前标定工具的tcp点，焊枪的中心点确定为参考点，通过上位机操纵设备移动焊枪，以四种不同的方向与姿态与固定点刚好碰上，第五点是焊枪中心点从固定点向将要设定的标定工具tcp点的x方向移动，第六点是焊枪中心点从固定点向将要设定的标定工具tcp点的z方向移动，通过前四个点的位置数据即可计算出虚拟tcp点的位置，通过后两个点即可确定虚拟tcp点的姿态，将步骤s3、s4标定后的tcp点参数值，保存在设定的机器人工具号中，通过虚拟tcp点的姿态，调整激光角度及位置，通过上位机向下位机发出参数读取指令，下位机收到参数读取指令，操纵机器手
臂夹持器一进行运动，使得激光器的方向与虚拟tcp点的姿态进行初步重合，标定的虚拟tcp点需要超出标定工具的tcp点，以防止在进行目标点扫描时焊枪触碰周边构件；
44.s5、线激光目标点虚拟tcp点值拟合：操纵机器人进行运动，线激光对于目标点位置扫描轮廓，由于目标点不一定是规则的边界，所以需要对目标轮廓点云数据进行特征拟合，通过两侧激光器发射线激光，两条直线求交点，可以适合外边界交点和内边界交点；
45.s6、反光干扰：在步骤s5中线激光对于目标点位置扫描轮廓局部区域有反光干扰，通过上位机读入反光强度，对点云数据进行提取并对提取后的点云数据进行过滤处理，过滤出反光强度高和反光强度低的点云数据，通过反光点云数据与目标轮廓点云数据进行特征拟合，完成关键线段的提取；
46.s7、目标交点的计算：通过目标轮廓点云数据获得波形图，定义卷积矩阵与阈值，将卷积矩阵与点云数据进行卷积运算，运算结果与所述阈值进行比较，获得新矩阵，通过中值滤波运算以后，进行图像还原，获得目标图像，拟合出一条轮廓清晰的边界，然后再根据取点特征计算目标点值；
47.s8、线激光目标点到机器人坐标系计算：通过激光器扫描目标位置，根据点云数据计算出目标交点，计算出目标点在当前线激光工具坐标系下相对坐标值，用p(dx，dz)表示，获取当前虚拟工具tcp位姿值，把目标点左乘当前tcp矩阵得到目标点的机器坐标系下位姿值，计算后的目标点位姿值是基于机器人底座坐标系的值，通过下位机使得机器手臂夹持器二移动焊枪至计算后的目标点位姿值。
48.实施例二：
49.请参阅图1
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5，一种线激光作为机器人工具获取目标点的装置，包括角度控制机构2，角度控制机构2包括有螺杆一21，螺杆一21的底端传动连接有减速齿轮22，减速齿轮22的内部传动连接有传动轴一23，传动轴一23的底端固定连接有球状体24，球状体24的外侧滑动连接有连接壳一25，连接壳一25的内部固定连接有控制块26，控制块26的外侧设置有电极27，电极27的外侧固定连接有连接壳二28，控制块26的外侧设置有电磁装置29，因此，通过控制块26控制电极27通过电流，通过电流变液的特性，可以使得球状体24带动连接壳一25以及激光装置36转动，进行螺旋式扫描，同理可应用与焊枪工具5的定位，螺杆一21与电机传动连接，减速齿轮22设置不少于两个，球状体24与连接壳二28滑动连接，控制块26与电极27、电磁装置29电性连接，连接壳二28的内部设置有电流变液，因此，通过电流变液的他行，便于进行控制。
50.实施例三：
51.请参阅图1
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5，一种线激光作为机器人工具获取目标点的装置，包括角度控制机构2，角度控制机构2包括有螺杆一21，螺杆一21的底端传动连接有减速齿轮22，减速齿轮22的内部传动连接有传动轴一23，传动轴一23的底端固定连接有球状体24，球状体24的外侧滑动连接有连接壳一25，连接壳一25的内部固定连接有控制块26，控制块26的外侧设置有电极27，电极27的外侧固定连接有连接壳二28，控制块26的外侧设置有电磁装置29，因此，通过控制块26控制电极27通过电流，通过电流变液的特性，可以使得球状体24带动连接壳一25以及激光装置36转动，进行螺旋式扫描，同理可应用与焊枪工具5的定位，螺杆一21与电机传动连接，减速齿轮22设置不少于两个，球状体24与连接壳二28滑动连接，控制块26与电极27、电磁装置29电性连接，连接壳二28的内部设置有电流变液，因此，通过电流变液的他
行，便于进行控制，还包括有降温机构3，降温机构3包括有螺杆二31，螺杆二31的中部啮和有螺杆三32，螺杆三32的中部传动连接有叶轮33，叶轮33的外侧活动连接有隔板34，隔板34的下侧设置有球形密封35，球形密封35的内部活动连接有激光装置36，因此，通过管状隔板34下侧空气喷出口相对，使得空气对流，带动热空气上升，通过伯努利原理的应用，使得气流循环，从而达到高效散热的目的。
52.实施例四：
53.请参阅图1
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5，一种线激光作为机器人工具获取目标点的装置，包括角度控制机构2，角度控制机构2包括有螺杆一21，螺杆一21的底端传动连接有减速齿轮22，减速齿轮22的内部传动连接有传动轴一23，传动轴一23的底端固定连接有球状体24，球状体24的外侧滑动连接有连接壳一25，连接壳一25的内部固定连接有控制块26，控制块26的外侧设置有电极27，电极27的外侧固定连接有连接壳二28，控制块26的外侧设置有电磁装置29，因此，通过控制块26控制电极27通过电流，通过电流变液的特性，可以使得球状体24带动连接壳一25以及激光装置36转动，进行螺旋式扫描，同理可应用与焊枪工具5的定位，螺杆一21与电机传动连接，减速齿轮22设置不少于两个，球状体24与连接壳二28滑动连接，控制块26与电极27、电磁装置29电性连接，连接壳二28的内部设置有电流变液，因此，通过电流变液的他行，便于进行控制，还包括有降温机构3，降温机构3包括有螺杆二31，螺杆二31的中部啮和有螺杆三32，螺杆三32的中部传动连接有叶轮33，叶轮33的外侧活动连接有隔板34，隔板34的下侧设置有球形密封35，球形密封35的内部活动连接有激光装置36，因此，通过管状隔板34下侧空气喷出口相对，使得空气对流，带动热空气上升，通过伯努利原理的应用，使得气流循环，从而达到高效散热的目的，螺杆一21与螺杆二31相互啮合，隔板34为管状，隔板34的底端管径小于顶端的管径，连接壳一25与激光装置36固定连接，还包括有激光安装臂1，激光安装臂1的内部活动连接有角度控制机构2，激光安装臂1的内部活动连接有降温机构3，激光安装臂1的侧面活动安装有工具安装臂4，工具安装臂4的内部活动安装有焊枪工具5，工具安装臂4的内部活动连接有角度控制机构2，工具安装臂4的内部活动连接有降温机构3，激光安装臂的内部与磁块固定连接，球形密封35与焊枪工具5活动连接，因此，起到密封的作用。
54.使用时，在使用时，通过激光装置36安装在球形密封35的内部，使得球状体24卡入连接壳二28，注入电流变液，进行密封好后，通过电机带动螺杆一21进行转动，使得螺杆一21带动减速齿轮22转动，通过两个减速齿轮22的传动比不同，使得减速齿轮22进行减速，使得传动轴一23转动，使得传动轴一23带动球状体24进行转动，通过控制块26控制电磁装置29打开，通过感应磁场向磁块移动，使得连接壳一25转动角度，从而使得激光装置36在球形密封35的内部转动角度，通过控制块26控制电极27通过电流，通过电流变液的特性，使得球状体24与连接壳二28变为固定连接，使得球状体24带动连接壳一25以及激光装置36转动，进行螺旋式扫描，同理可应用与焊枪工具5的定位；
55.通过螺杆一21与螺杆二31相互啮合，使得螺杆一21带动螺杆二31进行转动，使得螺杆二31通过啮和带动螺杆三32转动，使得叶轮33转动，叶轮33吹动空气进入隔板34，通过隔板34的底端管径小于顶端的管径，通过伯努利原理可知，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大，空气的流量可看做一个常数，通过公式q＝v*a，其中q为流量，v为流速，a为横截面积，可知，管横截面积大的地方流速小，管横截面积小的地方流速大，使得管状隔板34
的下侧不断吸入上侧的空气，通过管状隔板34下侧空气喷出口相对，使得空气对流，带动热空气上升，使得气流循环，从而达到高效散热的目的。
56.综上所述，该线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，通过将线激光当作一个单独的工具进行标定使用，不需要与焊枪进行手眼标定，减少焊枪末端tcp调整对线激光使用的影响，使用上位机作为总控手段，焊接前先对目标位置焊缝进行取点，结合设定的几何拓扑点关系计算出目标焊缝的实际位置，直接将目标焊缝路径进行焊接工艺参数处理后发送给焊枪进行焊接，适用于复杂构件环境，过长焊缝通过分段处理后也能获得很好的焊接效果和精度。
57.该线激光作为机器人工具获取目标点的新方法，线激光设备安装在焊枪夹持器较高位置，或者机器人末端本体上，利于焊枪做一些复杂姿态，减少焊枪管壁温差变化对线激光取点精度的影响，标定时线激光的虚拟末端tcp点一般都略超出焊枪末端tcp，减少扫描过程中焊枪触碰周围结构的概率。
58.该线激光作为机器人工具获取目标点的装置，通过电流变液的特性，使得球状体24带动连接壳一25以及激光装置36转动，进行螺旋式扫描，同理可应用与焊枪工具5的定位，结构简单，通过隔板34的底端管径小于顶端的管径，以及伯努利原理的应用，使得空气对流，带动热空气上升，使得气流循环从而达到高效散热的目的。
59.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。