[發(fā)明專利]基于EtherCAT通信控制和DXF文件解析的焊縫跟蹤方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011194715.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN112296557A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史建平;晏劉武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州工學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K37/00
• 分類號(hào): B23K37/00
• 代理公司: 常州西創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32472
• 代理人: 武政

本發(fā)明公開了一種基于EtherCAT通信控制和DXF文件解析的焊縫跟蹤方法，包括：采用六軸機(jī)器人本體，為本體安裝EtherCat總線型的伺服驅(qū)動(dòng)，用網(wǎng)線串聯(lián)六個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算機(jī)；配置各個(gè)驅(qū)動(dòng)器的站點(diǎn)信息；上位機(jī)控制方法包括運(yùn)動(dòng)控制部分、三維視覺部分和DXF文件解析部分。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)機(jī)器人六軸運(yùn)動(dòng)控制，使用總線型的伺服驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)迅速，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。增加了三維激光視覺功能，可以為焊接一致性差的產(chǎn)品提供可行方案。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、視覺、離線編程都可以在一個(gè)軟件中進(jìn)行，系統(tǒng)的集成度明顯提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人焊接和三維視覺領(lǐng)域。具體涉及一種基于EtherCAT通信控制和DXF文件解析的焊縫跟蹤方法。

背景技術(shù)

目前焊接領(lǐng)域，機(jī)器人焊接使用較為廣泛。傳統(tǒng)焊接機(jī)器人都是采用本體加控制柜的組合方式。這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，硬件較多且對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)人員軟硬件設(shè)計(jì)能力要求較高。與此同時(shí)，增加視覺功能與機(jī)器人控制系統(tǒng)相融合也存在較多問題。對(duì)于某些焊接行業(yè)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡控制要求較為簡(jiǎn)單，使用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人就會(huì)造成硬件成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了焊接行業(yè)中，對(duì)于焊接產(chǎn)品一致性差，但是焊接軌跡較為簡(jiǎn)單的低成本解決方案。利用總線伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人連桿，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。融合了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和三維視覺的軟件可以同時(shí)運(yùn)行在同一個(gè)軟件，利用DXF文件編程解析，實(shí)現(xiàn)了離線的編輯方式，簡(jiǎn)單實(shí)用且系統(tǒng)具備較強(qiáng)的通用擴(kuò)展性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

基于EtherCAT通信控制和DXF文件解析的焊縫跟蹤方法，包括運(yùn)動(dòng)控制部分、三維視覺部分和DXF文件解析部分；其中：

運(yùn)動(dòng)控制部分：采用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)本體數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算出機(jī)器人末端的三維空間位置；通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆向計(jì)算，轉(zhuǎn)換為各個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角度；機(jī)器人基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)包括點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)movj和直線運(yùn)動(dòng)movl，通過這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求；

三維視覺部分：采集輪廓位置信息，轉(zhuǎn)換為實(shí)際物理坐標(biāo)；傳感器與機(jī)械手通過手眼標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)傳感器坐標(biāo)到機(jī)器人末端坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換；通過位置轉(zhuǎn)換為機(jī)器人末端的三維位置，指引機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；

DXF文件解析部分：離線編輯，解析DXF文件；遍歷文件的內(nèi)容，對(duì)圖形信息解析，分類數(shù)據(jù)保存，轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)功能指令，通過EtherCat通信實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)執(zhí)行；通過文件解析轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)的三維目標(biāo)點(diǎn)位。

更進(jìn)一步的，采用六軸機(jī)器人本體，為本體安裝EtherCat總線型的伺服驅(qū)動(dòng)，用網(wǎng)線串聯(lián)六個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算機(jī)。

更進(jìn)一步的，

DXF文件解析后，生成包括功能指令、傳感器的觸發(fā)指令的指令；其中，所述功能指令包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令MovL、MoveJ；

功能指令執(zhí)行生成EtherCat總線指令，控制機(jī)器人本體執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)位后，觸發(fā)傳感器采集數(shù)據(jù)；移動(dòng)機(jī)器人到另外一個(gè)位置采集數(shù)據(jù)；兩次采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人末端位置后，通過兩點(diǎn)確定一條直線，移動(dòng)機(jī)器人末端到達(dá)第一個(gè)點(diǎn)位，機(jī)器人直線MovL命令，進(jìn)行多軸運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)和焊接軌跡的運(yùn)動(dòng)控制；

反復(fù)執(zhí)行上述步驟，實(shí)現(xiàn)多個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)。

更進(jìn)一步的，采用激光輪廓傳感器采集輪廓位置信息，傳感器打出的激光線照在物體表面特征不同，對(duì)輪廓線數(shù)據(jù)提取，對(duì)數(shù)據(jù)分析出需要的位置。

更進(jìn)一步的，運(yùn)動(dòng)控制部分和三維視覺部分同時(shí)運(yùn)行在同一個(gè)軟件內(nèi)，通過機(jī)器人與傳感器標(biāo)定位置得到位置轉(zhuǎn)換矩陣，這樣通過傳感器的位置即可推算出機(jī)器人末端位置。得出的位置隨時(shí)通過EtherCat指令發(fā)送給六個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。

更進(jìn)一步的，通過上位機(jī)控制六個(gè)總線型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)六軸機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，這樣更加直接高效，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。