一种大型结构件焊缝打磨机器人编程方法、设备及系统

本技术涉及机器人编程的领域，尤其是涉及一种大型结构件焊缝打磨机器人编程方法、设备及系统。

背景技术：

1、日常生活中的很多金属工件，如水龙头、门把手等大多数都是通过金属焊接来加工生产的，而焊接过程中会产生焊缝；为了提高成品品质、成品强度和耐用性，通常采用打磨机器人对大型结构件上的焊缝进行打磨。目前，一些打磨焊缝的加工生产线采用的是人工示教编程的方法，即针对每一个装夹好的待打磨工件均需要人工手动控制打磨机器人沿所需打磨轨迹运动，打磨机器人会全程记录该打磨轨迹并生成携带有该打磨轨迹的机器人离线程序。还有一些打磨焊缝的加工生产线采用的是预先设置好携带有打磨轨迹的机器人离线程序并通过视觉检测装置来更新该机器人离线程序的方法，即通过视觉检测装置得到待打磨工件在装夹状态下的误差矩阵，并根据该误差矩阵重新计算打磨轨迹上的轨迹点，从而生成新的携带有更新后的打磨轨迹的机器人离线程序。

2、然而，将上述两种方式的打磨机器人应用到大型结构件，例如用于轨道交通列车转向的架构件时会存在以下问题。大型结构件通常都是通过焊接工艺生产的，其结构体积较大且形状相对复杂，在焊接完成后其表面会存在产生许多不同方向的焊缝，且这些焊缝在焊接过程中会产生不同程度的焊接变形。通过人工示教编程的方法对其进行打磨不仅依赖于操作者经验，极易导致人为误差，而且存在一定的安全问题，一旦操作不当，便可能对打磨机器人或者操作者造成损害；而通过预先设置好打磨轨迹并通过视觉检测装置来更新打磨轨迹的方法则需要计算待打磨工件上每条焊缝在装夹状态下的误差矩阵，并根据这些误差矩阵重新计算每条焊缝对应的打磨轨迹上的轨迹点以重新编程得到新的机器人离线程序，而这样的方式由于焊缝的数量较多，在计算这些更新的轨迹点时会造成巨大的数据处理量，且该方法只考虑了待打磨工件在装夹定位时的误差，未考虑到焊缝在焊接过程中产生的不同形变，这使得打磨的精度较低，导致对焊缝的打磨工作还需要进一步的修整完善，甚至在焊缝形变较大的时候还需要返工，从而延长了打磨的工作时间；以上这些均导致打磨机器人在打磨大型结构件的焊缝时的打磨工作效率较低。

技术实现思路

1、为了改善打磨机器人对大型结构件的焊缝进行打磨工作的效率较低的问题，本技术提供一种应用于大型结构件的机器人编程方法、机器人编程设备及系统。

2、第一方面，本技术提供一种大型结构件焊缝打磨机器人编程方法、设备及系统，采用如下的技术方案：

3、一种大型结构件焊缝打磨机器人编程方法，所述大型结构件焊缝打磨机器人编程方法基于一个焊缝打磨机器人系统，所述焊缝打磨机器人系统包括三维测量系统以及机器人；所述大型结构件焊缝打磨机器人编程方法包括：

4、通过三维软件建立焊缝打磨后的标准工件的三维模型、待打磨工件的三维模型以及焊缝打磨机器人系统的三维模型，所述待打磨工件具有若干打磨区域；

5、基于所述待打磨工件的三维模型和所述焊缝打磨机器人系统的三维模型在三维软件上完成所述焊缝打磨机器人系统工作环境的布局，得到三维布局模型；

6、根据所述待打磨工件的每一所述打磨区域中需要打磨的特征建立对应的打磨工艺库，所述打磨工艺库包括打磨工具、打磨角度、打磨方向、打磨速度以及打磨进给量；

7、将所述三维布局模型和所述标准工件的三维模型导入一离线编程软件，在该离线编程软件中建立每一所述打磨区域的离线区域工件坐标系，并基于所述离线区域工件坐标系得到机器人打磨加工轨迹；

8、根据所述机器人打磨加工轨迹和所述打磨工艺库生成机器人离线程序，所述机器人离线程序携带有所述离线区域工件坐标系；

9、获取所述三维测量系统中的安装好的所述机器人的末端工具坐标系以及所述三维测量系统的测量系统坐标系之间的转换关系；

10、获取所述三维测量系统通过扫描测量得到的安装好的所述待打磨工件的工件定位数据，所述工件定位数据包括区域定位数据；

11、根据所述区域定位数据和所述转换关系建立安装好的所述待打磨工件的每一所述打磨区域的实际区域工件坐标系；

12、将所述离线区域工件坐标系与所述实际区域工件坐标系对齐以对所述机器人离线程序所携带的所述离线区域工件坐标系进行更新。

13、通过采用上述技术方案，仅需要通过将机器人离线程序中的离线区域工件坐标系替换为实际区域工件坐标系便可以在一定程度上使得打磨机器人的打磨加工轨迹与安装好的待打磨工件上的焊缝的长度方向相匹配；相较于通过人工示教编程的方法，该编程方法可以不再依赖操作者的经验，能够避免人为误差，同时也避免了人工示教的安全性问题，即避免了在示教过程中由于失误对操作者和打磨机器人造成损害；相较于预先设置好打磨轨迹并通过视觉检测装置来更新打磨轨迹的方法，该编程方法不需要通过重新计算打磨加工轨迹上各个轨迹点的坐标数据来更新打磨加工轨迹，也就是不需要再重新编程，这避免了大量繁琐的计算，减小了数据处理的压力，大大降低了打磨机器人对装夹固定待打磨工件时的要求，有效改善了焊缝打磨机器人对大型结构件的焊缝进行打磨工作的效率较低的问题。

14、在一个具体的可实施方案中，所述并基于所述离线区域工件坐标系得到机器人打磨加工轨迹之前还包括：

15、通过所述离线编程软件在所述焊缝打磨机器人系统的所述三维测量系统的三维模型上建立一全局工件坐标系，所述全局工件坐标系为所述三维测量系统引导所述机器人根据所述机器人打磨加工轨迹从起点位置移动到所述待打磨工件的基准。

16、通过采用上述技术方案，在三维测量软件的三维模型上建立了一个全局工件坐标系，该全局工件坐标系为机器人视觉引导定位的粗基准；通过该全局工件坐标系，三维测量系统可以引导机器人快速到达待打磨工件处以便后续对每一打磨区域开始打磨工作。

17、在一个具体的可实施方案中，所述并基于所述离线区域工件坐标系得到机器人打磨加工轨迹之前还包括：

18、将每一所述打磨区域划分为若干打磨子区域；

19、通过所述离线编程软件在所述焊缝打磨机器人系统的所述三维测量系统的三维模型上建立对应每一所述打磨子区域的离线子区域工件坐标系，所述离线子区域工件坐标系为所述三维测量系统引导所述机器人根据所述机器人打磨加工轨迹在每一所述打磨子区域中根据形变后的焊缝的长度方向进行打磨工作的基准；

20、所述并基于所述离线区域工件坐标系得到机器人打磨加工轨迹具体包括：

21、基于所述离线区域工件坐标系、所述全局工件坐标系以及所述离线子区域工件坐标系得到机器人打磨加工轨迹。

22、通过采用上述技术方案，由于对待打磨工件在焊接过程会产生一定程度的形变，这使得待打磨工件表面的焊缝和建立的待打磨工件的三维模型上的焊缝之间会存在少许区别，因此将每一打磨区域均划分为若干打磨子区域，并建立每一打磨子区域的离线子区域工件坐标系，有助于三维测量系统引导机器人在每一打磨子区域中根据形变后的焊缝的长度方向进行打磨工作，通过每一打磨区域的实际子区域工件坐标系使得机器人打磨加工轨迹与实际上的焊缝的长度方向贴合匹配；考虑了焊缝在焊接过程中会产生形变的问题，大大提高了通过大型结构件焊缝打磨机器人编程方法进行打磨的精确性。

23、在一个具体的可实施方案中，所述将所述离线区域工件坐标系与所述实际区域工件坐标系对齐以对所述机器人离线程序所携带的所述离线区域工件坐标系进行更新的步骤具体包括：

24、判断所述离线区域工件坐标系与所述实际区域工件坐标系是否一致；

25、若判断结果为一致，则保持所述机器人离线程序携带的所述离线区域工件坐标系不变；

26、若判断结果为不一致，则将所述机器人离线程序携带的所述离线区域工件坐标系更新为所述实际区域工件坐标系。

27、在一个具体的可实施方案中，所述机器人离线程序还携带有所述离线子区域工件坐标系和所述全局工件坐标系；所述工件定位数据还包括子区域定位数据；所述将所述离线区域工件坐标系与所述实际区域工件坐标系对齐以对所述机器人离线程序所携带的所述离线区域工件坐标系进行更新的步骤还包括：

28、根据所述子区域定位数据和所述转换关系建立安装好的所述待打磨工件的每一所述打磨子区域的实际子区域工件坐标系；

29、将所述机器人离线程序携带的所述离线子区域工件坐标系更新为安装好的所述待打磨工件的所述实际子区域工件坐标系。

30、通过采用上述技术方案，在安装好的焊缝打磨机器人系统以及待打磨工件与设计的三维布局模型存在偏移误差，或者更换待打磨工件并将其装夹固定后使得机器人的末端工具与其之间的相对位置发生改变的情况下，将机器人离线程序携带的离线区域工件坐标系替换为实际区域工件坐标系，并将机器人离线程序携带的离线子区域工件坐标系替换为实际子区域工件坐标系以完成对机器人离线程序的更新，不再需要重新编程而只需要对机器人离线程序携带的工件坐标系进行替换，便可以使得打磨加工轨迹与实际的待打磨工件上每一打磨子区域的焊缝的长度方向保持一致，大大缩短了编程时间，大大提高了焊缝打磨机器人对大型结构件的焊缝进行打磨工作的效率。

31、在一个具体的可实施方案中，所述根据所述区域定位数据和所述转换关系建立安装好的所述待打磨工件的每一所述打磨区域的实际区域工件坐标系的步骤具体包括：

32、用所述标准工件的三维模型对所述三维布局模型中所述待打磨工件的每一所述打磨区域进行三维模板匹配，得到每一所述打磨区域中的若干典型特征点；

33、根据所述典型特征点、所述区域定位数据和所述转换关系建立安装好的所述待打磨工件的每一所述打磨区域的实际区域工件坐标系。

34、第二方面，本技术提供一种应用于大型结构件的机器人编程系统，采用如下的技术方案：

35、一种机器人编程设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并进行以实现上述的方法。

36、第三方面，本技术提供一种应用于大型结构件的机器人编程设备，采用如下的技术方案：

37、一种焊缝打磨机器人系统，包括机器人、三维测量系统、以及上述的机器人编程设备；

38、所述机器人用于对待打磨工件进行打磨工作；

39、所述三维测量系统用于在所述机器人进行打磨工作时，实时采集当前的待打磨工件的焊缝的测量数据；

40、所述机器人编程设备与所述机器人以及所述三维测量系统均通信连接，所述机器人编程设备用于获取所述三维测量系统采集的所述测量数据并根据所述测量数据控制所述机器人进行或停止打磨工作。

41、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

42、1.本技术仅需要通过将机器人离线程序中的离线区域工件坐标系替换为实际区域工件坐标系在一定程度上可以使打磨机器人的打磨加工轨迹与安装好的待打磨工件上的焊缝的长度方向相匹配；不再依赖操作者的经验，能够避免人为误差和人工示教的安全性问题。

43、2.本技术不需要因为装夹固定待打磨工件产生的位置误差而重新编程，从而避免了大量繁琐的计算，减小了数据处理的压力，大大降低了打磨机器人对装夹固定待打磨工件时的要求；

44、3.本技术考虑了焊缝在焊接过程中会产生形变的问题，通过每一打磨区域的实际区域工件坐标系和实际子区域工件坐标系使得机器人打磨加工轨迹与实际上的焊缝的长度方向贴合匹配，从而大大提高了焊缝打磨机器人对大型结构件的焊缝进行打磨工作的效率。