基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统的制作方法

本实用新型涉及汽车油箱焊接技术领域，尤其涉及一种基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统。

背景技术：

汽车燃油箱按其材料可分为金属燃油箱和塑料燃油箱两大类。由于塑料燃油箱具有设计造型自由度大、零件少、可靠性高、化学稳定性好、质量轻及遇火只燃烧而不易发生强烈爆炸等诸多突出优点，使得其在乘用领域占有绝对主导地位。塑料燃油箱经过吹塑及水冷定型后，每个油箱管口的位置及姿态都会不同。现有的焊接机都是按照预先设定的轨迹来对准焊接部位进行焊接，在油箱变形量大的情况下会出现焊接质量差及焊接效率低的问题。因此，如何开发一种能够自动跟踪焊接部位位置及姿态变化以进行准确焊接的焊接系统，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型基于上述技术问题，提供一种基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统，用以解决现有技术中焊接质量差及焊接效率低的问题。

本实用新型公开了一种基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统，用于对汽车油箱进行焊接，其包括3D相机、焊接装置及机器人；所述3D相机固定在所述机器人上，用于对所述汽车油箱的焊接口进行扫描，并把所述焊接口的位姿偏差值发送给机器人；所述焊接装置固定在所述机器人上，用于对所述汽车油箱的焊接口进行焊接；所述机器人包括机器人本体、延伸臂及旋转臂，所述机器人本体用于接收所述位姿偏差值并根据所述位姿偏差值控制所述延伸臂运动，以引导所述焊接装置进行焊接；所述延伸臂的第一端与所述机器人本体活动连接，所述延伸臂的第二端与所述旋转臂活动连接；所述旋转臂的第一端与所述延伸臂活动连接，所述旋转臂的第二端与所述3D相机相连，以通过所述旋转臂带动所述3D相机运动。

优选地，所述基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统还包括工作台及压紧机构，所述工作台用于放置所述汽车油箱；所述压紧机构固定在所述工作台上，用于在所述汽车油箱放置在所述工作台上后与所述汽车油箱相抵持，而将所述汽车油箱固定在所述工作台上。

优选地，所述压紧机构包括支撑柱机构及旋转柱，所述支撑柱机构固定在所述工作台上，所述旋转柱的第一端与所述支撑柱机构活动连接，所述旋转柱的第二端用于与所述汽车油箱相抵持，以使在将所述汽车油箱放置在所述工作台后，通过旋转所述旋转柱至所述汽车油箱的上方，以和所述汽车油箱相抵持。

优选地，所述压紧机构还包括弹性垫，所述旋转柱的第二端与所述弹性垫相连，以使在将所述汽车油箱放置在所述工作台后，通过旋转所述旋转柱至所述汽车油箱的上方，以使所述弹性垫抵持在所述汽车油箱上。

优选地，所述基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统还包括若干支撑座，所述支撑座固定在所述工作台上，所述支撑座的上端设置有用于支撑所述汽车油箱的固定槽。

优选地，所述固定槽为弧形槽，所述弧形槽位于所述支撑座上端的端面和侧面的连接处。

优选地，所述旋转臂的第二端上固定有连接板，所述连接板上固定有横向延伸的导轨，所述焊接装置与所述导轨活动连接；

优选地，所述连接板上还固定有位置调节动力装置，所述位置调节动力装置与所述焊接装置相连，用于带动所述焊接装置运动以调节所述焊接装置的位置。

优选地，所述焊接装置还活动套设在所述延伸臂上，所述延伸臂及旋转臂共同限定所述焊接装置的位置。

优选地，所述焊接口包括加油管的焊接口、排气管的焊接口、呼吸阀的焊接口、重力阀的焊接口、总成与油管的焊接口、膨胀腔与油管的焊接口、油管与油管的焊接口中的至少一种。

综上所述，本实用新型的基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统包括3D相机、焊接装置及机器人，所述3D相机固定在所述机器人上，用于对所述汽车油箱的焊接口进行扫描，并把所述焊接口的位姿偏差值发送给机器人；所述焊接装置固定在所述机器人上，用于对所述汽车油箱的焊接口进行焊接；所述机器人包括机器人本体、延伸臂及旋转臂，所述机器人本体用于接收所述位姿偏差值并根据所述位姿偏差值控制所述延伸臂运动，以引导所述焊接装置进行焊接；所述延伸臂的第一端与所述机器人本体活动连接，所述延伸臂的第二端与所述旋转臂活动连接；所述旋转臂的第一端与所述延伸臂活动连接，所述旋转臂的第二端与所述3D相机相连，以通过所述旋转臂带动所述3D相机运动。因此，本实用新型的基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统结构简单紧凑，便于调节，其能够自动跟踪焊接口的位置及姿态变化而进行焊接，因而焊接质量好，焊接效率高。

附图说明

图1是本实用新型基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统的焊接方法流程图。

图2是本实用新型基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统较佳实施例的立体图。

图3是图2所示A区域的放大图。

图4是图2所示B区域的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。

实施例1

请参阅图1，本实用新型公开了一种基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定系统的焊接方法，用于对汽车油箱进行焊接，其包括如下步骤：

S1、机器人运动到汽车油箱的焊接口，并使固定在所述机器人上的焊接装置的焊接面与所述焊接口的焊盘重合，以将所述焊盘与焊接面重合的位置作为机器人的目标位置；

可以理解的是，所述焊接口包括但不限于加油管的焊接口、排气管的焊接口、呼吸阀的焊接口、重力阀的焊接口、总成与油管的焊接口、膨胀腔与油管的焊接口、油管与油管的焊接口。具体地，在本实施例中，所述焊接口包括加油管的焊接口、排气管的焊接口、呼吸阀的焊接口、重力阀的焊接口、总成与油管的焊接口、膨胀腔与油管的焊接口、油管与油管的焊接口中的至少一种。所述焊接口的种类和形状在此不做具体限定。

优选地，在本实施例中，所述步骤S1具体包括：将汽车油箱固定于待放汽车油箱的位置处，通过视教器把所述机器人引导到汽车油箱的焊接口，并使固定在所述机器人上的焊接装置的焊接面与所述焊接口的焊盘重合，以将所述焊盘与焊接面重合的位置作为所述机器人的目标位置。

其中，为了更好地瞄准焊接位置以及适应于不同的场景，在所述步骤S1之前还包括如下步骤：

S01、在待放汽车油箱的位置处放入标定块，操作机器人使所述机器人上的第一尖点与所述标定块的第二尖点重合，记录所述标定块的标识点在机器人坐标系的第一标识点坐标值；

其中，在本实施例中，所述标定块设置有六个标识点，所述标识点的第一标识点坐标值分别为(Xw1，Yw1，Zw1)，(Xw2，Yw2，Zw2)，(Xw3，Yw3，Zw3)， (Xw4，Yw4，Zw4)，(Xw5，Yw5，Zw5)，(Xw6，Yw6，Zw6)。

S02、所述机器人在扫描位带动3D相机(三维相机)扫描标定块，所述3D 相机计算出所述标识点在3D相机坐标系中的第二标识点坐标值；

其中，在本实施例中，所述六个标识点的第二标识点坐标值分别为(Xc1， Yc1，Zc1)，(Xc2，Yc2，Zc2)，(Xc3，Yc3，Zc3)，(Xc4，Yc4，Zc4)，(Xc5，Yc5， Zc5)，(Xc6，Yc6，Zc6)。

S03、根据所述第一标识点坐标值及所述第二标识点坐标值，得出3D相机坐标系与机器人坐标系的位置变换矩阵。

其中，在本实施例中，设汽车油箱上的标示点P在3D相机坐标系的坐标为(Xc，Yc，Zc)，在机器人坐标系下的坐标为(Xw，Yw，Zw)，3D相机坐标系与机器人坐标系的位置变换矩阵为T，则可以得出如下矩阵变换公式：[Xw Yw Zw1]^T＝T[Xc Yc Zc1]^T，即只要知道标识点P在3D相机坐标系的坐标，便可计数出标示点P在机器人坐标系的坐标。也就是说，根据所述六个标识点的所述第一标识点坐标值及所述第二标识点坐标值，得出3D相机坐标系与机器人坐标系的位置变换矩阵。

S2、所述机器人运动到扫描位置，并带动3D相机扫描所述焊接口，以计算所述焊接口中心点位置坐标及平面法向量，得到表述所述焊接口位置的第一坐标值；

优选地，在本实施例中，所述步骤S2具体包括：所述机器人运动到扫描位置，并带动所述3D相机扫描焊接口，所述3D相机以3D相机本身参考平面为基准计算焊接口中心点位置坐标及平面法向量，得到表述所述焊接口位置的第一坐标值并保存在所述3D相机的存储器内。更具体地，所述第一坐标值具体包括(X0，Y0，Z0，A0，B0，C0)。可以理解的是，所述参考平面可根据需要进行选择，在此不做具体限定。

S3、改变所述汽车油箱的位置及姿态，然后所述机器人在所述扫描位置带动所述3D相机扫描焊接口，并计算所述焊接口中心点位置坐标及平面法向量，得到所述焊接口位置的第二坐标值；

优选地，在本实施例中，所述步骤S3具体包括：改变所述汽车油箱的位置及姿态，然后所述机器人在所述扫描位置带动所述3D相机扫描焊接口，所述 3D相机以3D相机本身参考平面为基准计算焊接口中心点位置坐标及平面法向量，得到表述所述焊接口位置的第二坐标值并保存在3D相机的存储器内。更具体地，所述第二坐标值具体包括(X1，Y1，Z1，A1，B1，C1)。

S4、对所述第一坐标值与所述第二坐标值进行比较，得出3D相机坐标系下位姿偏差值；

其中，在本实施例中，所述位姿偏差值包括：ΔX、ΔY、ΔZ、ΔA、ΔB及ΔC，其中，ΔX＝X1-X0，ΔY＝Y1-Y0，ΔZ＝Z1-Z0，ΔA＝A1-A0，ΔB＝B1-B0，ΔC＝C1-C0。

S5、所述3D相机把位姿偏差值发送给所述机器人；

在本实施例中，所述3D相机把位姿偏差值通过TCP/IP协议发送给所述机器人。可以理解的是，所述3D相机与所述机器人的通信协议可根据需要进行选择，在此不做具体限定。

S6、所述机器人根据所述位姿偏差值修正目标位置，引导所述焊接装置进行焊接。

具体地，所述机器人根据所述位姿偏差值，通过所述矩阵变换公式获取正确的目标位置，以对目标位置进行修正，然后引导所述焊接装置进行焊接。

由上可知，本实用新型的焊接方法在焊机时通过所述3D相机扫描所述焊接口并计算焊接口的位置及姿态，自动跟踪焊接口的位置及姿态变化，从而引导机器人到指定位置进行焊接，因而该焊接方法能够提高产品的焊接质量与焊接效率。

实施例2

请参阅图2至图4，本实用新型公开了一种基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统，用于对汽车油箱100进行焊接，其焊接位置包括但不限于加油口、排气管、呼吸阀、重力阀、总成与油管连接处、膨胀腔与油管连接处、油管与油管连接处。所述基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统包括3D相机1、焊接装置2及机器人3。所述3D相机1固定在所述机器人3上，用于对所述汽车油箱100的焊接口进行扫描，并把所述焊接口的位姿偏差值发送给机器人3。其中，所述3D相机(三维相机)1可以为光学或非光学的3D相机1，在此不做具体限定。

可以理解的是，所述焊接口包括但不限于加油管的焊接口、排气管的焊接口、呼吸阀的焊接口、重力阀的焊接口、总成与油管的焊接口、膨胀腔与油管的焊接口、油管与油管的焊接口。具体地，在本实施例中，所述焊接口包括加油管的焊接口、排气管的焊接口、呼吸阀的焊接口、重力阀的焊接口、总成与油管的焊接口、膨胀腔与油管的焊接口、油管与油管的焊接口中的至少一种。所述焊接口的种类和形状在此不做具体限定。

所述焊接装置2固定在所述机器人3上，用于对所述汽车油箱100的焊接口进行焊接。在本实施例中，所述焊接装置2为超声波焊接装置2，所述超声波焊接装置2包括换能器21和焊头22，所述换能器21用于将电能转换成超声波传送给所述焊头22，所述焊头22与所述换能器21相连，用于将换能器21产生的超声波耦合到所述焊接口处。其中，所述焊头22背离所述换能器21的一端端面形成有焊接面。可以理解的是，所述焊接装置2可以采用非超声波的焊接方式，在此不做具体限定。

所述机器人3包括机器人本体31、延伸臂32及旋转臂33，所述机器人本体31用于接收所述位姿偏差值并根据所述位姿偏差值控制所述延伸臂32运动，以引导所述焊接装置2进行焊接。所述机器人本体31下端设置有活动底座311，以通过所述活动底座311能够绕自身的纵向转动。所述延伸臂32的第一端与所述机器人本体31活动连接，所述延伸臂32的第二端与所述旋转臂33活动连接，所述延伸臂32能够根据所述机器人本体31的控制进行上下摆动，从而能够调整所述焊接装置2的高度。所述旋转臂33的第一端与所述延伸臂32活动连接，所述旋转臂33的第二端与所述3D相机1及所述焊接装置2相连，以通过所述旋转臂33带动所述3D相机运动。其中，在本实施例中，所述旋转臂33与所述延伸臂32之间连接有限位机构(图中未示出)，以限制所述旋转臂33任意转动。

所述旋转臂33的第二端上固定有连接板34，所述连接板34上固定有横向延伸的导轨35及位置调节动力装置36，所述焊接装置2与所述导轨35活动连接，以在需要时对所述焊接装置2进行水平调节。所述位置调节动力装置36与所述焊接装置2相连，用于带动所述焊接装置2运动以调节所述焊接装置2的位置。所述焊接装置2还活动套设在所述延伸臂32上，所述延伸臂32及旋转臂33共同限定所述焊接装置2的位置，从而可避免通过所述延伸臂32或所述旋转臂33单独固定所述焊接装置2时，容易晃动的问题。可以理解的是，所述位置调节动力装置36可以是电机或者气缸等，其结构在此不做具体限定。

优选地，所述基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统还包括工作台4 及压紧机构5，所述工作台4用于放置所述汽车油箱100，以通过所述工作台4 支撑所述汽车油箱100。所述压紧机构5固定在所述工作台4上，用于在所述汽车油箱100放置在所述工作台4上后与所述汽车油箱100相抵持，而将所述汽车油箱100固定在所述工作台4上，进而使所述汽车油箱100固定更稳定。

在本实施例中，所述压紧机构5包括支撑柱机构51、旋转柱52及弹性垫 53，所述支撑柱机构51固定在所述工作台4上，所述旋转柱52的第一端与所述支撑柱机构51活动连接，所述旋转柱52的第二端与所述弹性垫53相连，以使在将所述汽车油箱100放置在所述工作台4后，通过旋转所述旋转柱52至所述汽车油箱100的上方，以使所述弹性垫53抵持在所述汽车油箱100上。由于所述旋转柱52能够相对所述支撑柱机构51转动，因此，便于放置所述汽车油箱100。通过所述旋转柱52与所述弹性垫53的配合，因而不仅能够可靠地固定所述汽车油箱100，而且较好地避免损坏所述汽车油箱100。

可以理解的是，在一种实施方式中，也可以无需设置所述弹性垫53，即所述旋转柱52的第一端与所述支撑柱机构51活动连接，所述旋转柱52的第二端用于与所述汽车油箱100相抵持，以使在将所述汽车油箱100放置在所述工作台4后，通过旋转所述旋转柱52至所述汽车油箱100的上方，以和所述汽车油箱100相抵持。

优选地，所述基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统还包括若干支撑座6，所述支撑座6固定在所述工作台4上，所述支撑座6的上端设置有用于支撑所述汽车油箱100的固定槽61。在本实施例中，所述固定槽61为弧形槽，所述弧形槽位于所述支撑座6上端的端面和侧面的连接处，所述弧形槽的形状与所述汽车油箱100的形状相适配，通过若干支撑座6的所述弧形槽共同对所述汽车油箱100进行支撑固定，因而固定较稳定。可以理解的是，所述固定槽61 的形状在此不做具体限定。

本实用新型的工作原理如下：将汽车油箱100放置至所述工作台4上，通过示教器引导机器人3运动到汽车油箱100的焊接口，并使固定在所述机器人3 上的焊接装置2的焊接面与所述焊接口的焊盘重合，以将所述焊盘与焊接面重合的位置作为机器人3的目标位置；所述机器人3运动到扫描位置，并带动3D 相机1扫描所述焊接口，以计算所述焊接口中心点位置坐标及平面法向量，得到表述所述焊接口位置的第一坐标值；改变所述汽车油箱100的位置及姿态，然后所述机器人3在所述扫描位置带动所述3D相机1扫描焊接口，并计算所述焊接口中心点位置坐标及平面法向量，得到表述焊接口位置的第二坐标值；对所述第一坐标值与所述第二坐标值进行比较，得出3D相机1坐标系下位姿偏差值；所述3D相机1把位姿偏差值发送给所述机器人3；所述机器人3根据所述位姿偏差值修正目标位置，引导所述焊接装置2进行焊接。

综上所述，本实用新型的基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统包括 3D相机1、焊接装置2及机器人3，所述3D相机1固定在所述机器人3上，用于对所述汽车油箱100的焊接口进行扫描，并把所述焊接口的位姿偏差值发送给机器人3；所述焊接装置2固定在所述机器人3上，用于对所述汽车油箱100 的焊接口进行焊接；所述机器人3包括机器人本体31、延伸臂32及旋转臂33，所述机器人本体31用于接收所述位姿偏差值并根据所述位姿偏差值控制所述延伸臂32运动，以引导所述焊接装置2进行焊接；所述延伸臂32的第一端与所述机器人本体31活动连接，所述延伸臂32的第二端与所述旋转臂33活动连接；所述旋转臂33的第一端与所述延伸臂32活动连接，所述旋转臂33的第二端与所述3D相机1及所述焊接装置2相连。因此，本实用新型的基于机器人3D视觉的汽车油箱焊接定位系统结构简单紧凑，便于调节，其能够自动跟踪焊接口的位置及姿态变化而进行焊接，因而焊接效率高，焊接质量好。

本实施例只是为了进一步更清楚地描述本实用新型，而非对本实用新型的限制。应该可以理解，本实用新型并不限于实施例所述的阐述，任何基于本实用新型的修改和本实用新型的等同物都应涵盖在本实用新型的权利要求的精神和范围之内。