焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)修正算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)修正算法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機(jī)器人是目前應(yīng)用最終成熟和成功的機(jī)器人技術(shù)，可以代替人工實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、復(fù)雜的重復(fù)性勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量，并將工人從復(fù)雜、高強(qiáng)度的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來(lái)，去執(zhí)行更加智能和低強(qiáng)度的工作。通常工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括控制器、運(yùn)動(dòng)控制卡和機(jī)器人本體幾個(gè)部分組成，機(jī)器人本體包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)幾個(gè)部分構(gòu)成?？刂破饕?guī)劃控制任務(wù)并轉(zhuǎn)化為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令集合下發(fā)到運(yùn)動(dòng)控制卡，并發(fā)送機(jī)器人啟動(dòng)、停止等控制命令，運(yùn)動(dòng)控制卡收到運(yùn)動(dòng)控制指令集合后對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的具體的控制。
[0003]傳統(tǒng)的焊接機(jī)器人控制方法中，控制器通過(guò)教導(dǎo)或者離線編程等方式將控制任務(wù)規(guī)劃好以后，一條一條指令的下發(fā)到運(yùn)控控制器進(jìn)行執(zhí)行，或者一次性運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)指令集合下發(fā)到運(yùn)動(dòng)控制器，然后控制器向運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送啟動(dòng)運(yùn)行控制指令，接下來(lái)運(yùn)動(dòng)控制卡就執(zhí)行下發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制集合，再次過(guò)程中控制器不干涉運(yùn)動(dòng)控制卡的執(zhí)行過(guò)程。而實(shí)際的工作場(chǎng)合，以及規(guī)劃和教導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)過(guò)程中存在各種各樣的干擾，以及具體和焊接工件存在了各種誤差，使得每次焊接工件都存在一定的具體誤差，實(shí)際焊接效果和理想的焊接效果存在一定的差距，但是由于運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)下載到運(yùn)動(dòng)控制卡以后無(wú)法修改，如果需要修改則需要重新教導(dǎo)或者規(guī)劃控制任務(wù)，規(guī)劃好以后則仍然是固定的，不能再實(shí)際的執(zhí)行過(guò)程中進(jìn)行實(shí)施調(diào)整以消除實(shí)際工作中的各種誤差，因此焊接效果并不是總能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能基于圖像反饋實(shí)時(shí)修正焊接運(yùn)動(dòng)軌跡的焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是:
[0005]提供焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)，能基于圖像實(shí)時(shí)反饋完成焊接工作，所述焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、焊接機(jī)器手、圖像反饋系統(tǒng)；
[0006]所述工控機(jī)用于作為焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器，能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制卡的控制任務(wù)緩沖區(qū)中；所述運(yùn)動(dòng)控制指令是指運(yùn)動(dòng)控制卡能直接執(zhí)行的指令(MOVJ、MOVL等)；
[0007]所述運(yùn)動(dòng)控制卡能從控制任務(wù)緩沖區(qū)按照先進(jìn)先出的順序取出運(yùn)動(dòng)控制指令，對(duì)焊接機(jī)械手進(jìn)行控制；所述控制任務(wù)緩沖區(qū)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)控制卡中(具有一定的大小)，用于存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)控制指令，且還未執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)控制指令能通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行重新覆蓋修改，運(yùn)動(dòng)控制卡按照修改后的運(yùn)動(dòng)控制指令進(jìn)行執(zhí)行；
[0008]所述焊接機(jī)械手包括焊接關(guān)節(jié)、伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，能用于完成焊接工作(焊接機(jī)械手是一類特殊應(yīng)用的工業(yè)機(jī)械手，目前市場(chǎng)上有成熟的產(chǎn)品)；
[0009]所述圖像反饋系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集焊縫圖像，并進(jìn)行圖像識(shí)別，將識(shí)別的焊縫軌跡傳送到工控機(jī)，工控機(jī)能利用圖像反饋系統(tǒng)傳送的焊縫軌跡完成運(yùn)動(dòng)規(guī)劃；
[0010]工控機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃具體是指:工控機(jī)能通過(guò)將預(yù)定的焊縫軌跡和圖像系統(tǒng)反饋傳送的焊縫軌跡進(jìn)行對(duì)比，重新對(duì)控制任務(wù)緩沖區(qū)中還未執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)控制指令、后續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)施規(guī)劃，重新下發(fā)運(yùn)動(dòng)控制指令到運(yùn)動(dòng)控制卡的控制任務(wù)緩沖區(qū)中。
[0011]提供用于所述的焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)修正算法，具體包括下述步驟:
[0012]圖像反饋系統(tǒng)根據(jù)采集的實(shí)際焊縫圖像，識(shí)別獲得工具空間焊縫路徑軌跡Pl=fl (xl，yl, zl)，并將工具空間焊縫路徑軌跡發(fā)送到工控機(jī)；工控機(jī)根據(jù)圖像反饋系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的實(shí)際焊縫曲線，與預(yù)定的工具空間焊縫路徑P2 = f2(x2,y2,z2)進(jìn)行計(jì)算獲得誤差，并對(duì)規(guī)劃好的任務(wù)曲線和參數(shù)進(jìn)行修改，獲得修正后的工具空間焊縫路徑軌跡P3 =f3 (x3，y3, z3)；
[0013]修正工具空間焊縫路徑軌跡的具體方法為:
[0014]P3 = f3(x3, y3, z3) = f (2Xx2 - xl, 2Xy2 - yl, 2Xz2 - zl) (I)
[0015]即:x3= 2Xx2 —xl (2)
[0016]y3 = 2Xy2 — yl (3)
[0017]z3 = 2Xz2 —zl (4)
[0018]工控機(jī)利用修正后的工具空間焊縫路徑軌跡P3 = f3(x3，y3，z3)重新規(guī)劃運(yùn)動(dòng)控制指令下發(fā)到運(yùn)動(dòng)控制卡的控制任務(wù)緩沖區(qū)中，并取消運(yùn)動(dòng)控制卡中還未執(zhí)行完畢的老的運(yùn)動(dòng)控制指令，運(yùn)動(dòng)控制卡按照重新規(guī)劃后的運(yùn)動(dòng)控制指令執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整規(guī)劃。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]本發(fā)明的焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠在執(zhí)行的過(guò)程中，實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃剩余的運(yùn)動(dòng)軌跡，利用圖像反饋的焊接路徑，實(shí)時(shí)克服各種原因造成的誤差，提高焊接質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0023]如圖1所示的焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、焊接機(jī)器手、圖像反饋系統(tǒng)，能基于圖像實(shí)時(shí)反饋完成焊接工作。
[0024]工控機(jī)用于作為焊接機(jī)器人動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器，能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制卡的控制任務(wù)緩沖區(qū)中。所述運(yùn)動(dòng)控制指令具體是指運(yùn)動(dòng)控制卡可直接執(zhí)行的MOVJ、MOVL等指令。
[0025]運(yùn)動(dòng)控制卡能從控制任務(wù)緩沖區(qū)按照先進(jìn)先出的順序取出運(yùn)動(dòng)控制指令，對(duì)焊接機(jī)械手進(jìn)行控制。所述控制任務(wù)緩沖區(qū)具有一定的大小，設(shè)置在運(yùn)動(dòng)控制卡中，用于存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)控制指令，且還未執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)控制指令能通過(guò)工