[发明专利]一种工业机器人视觉伺服系统、伺服方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种工业机器人视觉伺服系统、伺服方法及装置，工业机器人视觉伺服系统包括：六轴机器人、焊缝跟踪器、标定物、无线手持示教器、USB无线接收器、红外激光定位基站、机器人控制柜、焊机电源控制柜、上位机控制柜和自动送丝系统。实现了免编程的快速示教，规避工件来料不均，实现焊接热变形的实时跟踪；改进了传统焊接自动化系统的工作流程，操作工无需使用示教器进行繁琐的示教编程，且由于焊缝跟踪采用了基于深度学习的识别技术，大大提高了焊接自动化的通用性；另外从焊接路径规划、示教、系统标定，再现到焊接实时跟踪，完全集成在同一个上位机界面中，方便操作人员进行流程的操作与管理。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人视觉伺服系统、伺服方法及装置。

背景技术

机械手臂是机器人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造等领域都有着广泛的应用，虽然常见的六自由度机械手臂位姿精度现在已经可以做到很高的级别，但是实际使用时达到高精度需要复杂的模拟仿真以及现场示教过程来实现，同时对于工件的一致性有很高的要求，缺乏自主纠正偏差的智能性。

上个世纪60年代，由于机器人和计算机技术的发展，人们开始研究具有视觉功能的机器人，意在通过工业相机(CCD或者CMOS传感器)在机器人工作时对目标工件图像进行采集和分析，针对不同的应用实现一定程度的智能化系统。但在这些研究中，机器人的视觉与机器人的动作，严格上讲是开环的。机器人的视觉系统通过图像处理，得到目标位姿，然后根据目标位姿，计算出机器运动的位姿，在整个过程中，视觉系统一次性地“提供”信息，然后就不参与过程了，我们称其为“视觉反馈”(visual feedback)。后有人将视觉系统应用于机器人闭环控制系统并提出了“视觉伺服”(visual servo)概念，视觉反馈的含义只是从视觉信息中提取反馈信号，而视觉伺服则是包括了从视觉信号处理，到机器人控制，随着机器人继而对新的位置进行视觉信号处理再不断纠正对机器人控制的闭环全过程，所以视觉伺服代表了更先进的机器人视觉和控制系统。

在用于工业制造焊接自动化领域时，视觉伺服系统往往用于焊缝的自动寻位与纠偏。焊缝自动寻位指的是在焊接流水线中，由于夹具误差或者不同批次工件加工不均导致的焊接轨迹与预定轨迹不同，通过视觉伺服系统来自动扫描和识别焊缝并生成新的焊接轨迹。纠偏指的是在焊接过程中，由于热变形导致的工件变形和翘曲影响了预定的焊接轨迹，需要根据视觉伺服系统的反馈实时的修正焊接轨迹的偏差。

用于焊接自动化的工业机器人视觉伺服系统主要采用单一视觉传感器辅以红光线激光发生器以及窄带滤光片作为硬件传感系统。所述视觉传感器指的是CCD或者CMOS传感器，用于采集焊缝形态以及线激光投射图案。线激光发生器投射在焊缝表面，会形成不同形态的投射图案，根据视觉传感器的图像识别与处理，进行三维重建计算，可以得到焊缝形态以及焊点最佳位置等信息，从而指引工业机器人末端执行器对应的运动。所述窄带滤光片主要是为了避免焊接过程中产生的大量弧光对识别产生的干扰，由于弧光的光谱覆盖了红外，近红外，可见光直到紫外波段，所以必须采用窄带滤光片尽量限制弧光对视觉传感器的干扰。