(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210589580.7 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 田新诚　张园凯　耿煜森　马昕　 宋锐　李贻斌　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 王雪 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B25J 19/02(2006.01) G06T 7/80(2017.01)G06T 7/10(2017.01) G06T 17/00(2006.01) G03B 35/00(2021.01) (54)发明名称 一种基于双三维相机的机器人自动化焊接 系统及方法 (57)摘要 本发明提供了一种双三维相机的机器人自 动化焊接系统及方法。 该系统包括， 机器人、 机器 人外部安装的第一三维相机、 机器人末端安装的 第二三维相机和焊接装备、 控制机器人运动的控 制箱以及系统上位机； 所述第一三维相机用于拍 摄获取完整工件点云； 所述系统上位机用于系统 坐标系对齐、 第二三维相机的拍摄轨迹规划、 焊 缝寻位和焊接路径规划， 其中， 所述第二三维相 机的拍摄轨迹规划包括， 根据完整工件点云规划 第二三维相机的拍摄点位， 形成机器人的拍摄运 动轨迹； 所述第二三维相机用于根据拍摄运动轨 迹， 获取当前拍摄点位视野内的工件点云； 所述 焊接装备用于根据当前拍摄点位视野内的工件 点云和焊 接轨迹， 完成焊 接任务。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114800574 A 2022.07.29 CN 114800574 A 1.一种双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 包括： 机器人、 机器人外部 安装的第一三维相 机、 机器人末端安装的第二三维相 机和焊接装备、 控制 机器人运动的控 制箱以及系统上位机； 所述第一 三维相机用于拍摄获取完整工件点云； 所述系统上位机用于系统坐标系对齐、 第二三维相机的拍摄轨迹规划、 焊缝寻位和焊 接路径规划， 其中， 所述第二三 维相机的拍摄轨迹规划包括， 根据完整工件点云规划 第二三 维相机的拍摄点 位， 形成机器人的拍摄运动轨 迹； 所述第二 三维相机用于根据拍摄运动轨 迹， 获取当前拍摄点 位视野内的工件点云； 所述焊接装备用于根据当前拍摄点 位视野内的工件点云和焊接 轨迹， 完成焊接任务。 2.根据权利要求1所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述系统 坐标系对齐包括： 对机器人基坐标系和焊接装备坐标系的空间转换关系标定、 机器人基坐 标系和第一三维相机坐标系的空间转换关系标定、 以及机器人基坐标系和 第二三维相机坐 标系的空间转换关系标定 。 3.根据权利要求2所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述机器 人基坐标系和焊接装备坐标系的空间转换关系标定包括， 引导机器人带动焊接装备多次指 到一个固定的空间点， 改变每一次指点的机器人末端的姿态， 不改变末端的位置， 得到焊接 装备坐标系相对于 机器人基座的空间转换关系。 4.根据权利要求2所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述机器 人基坐标系和 第一三维相机坐标系的空间转换关系标定包括， 将标定板固定安装在机器人 末端， 第一三维相 机多次拍摄机器人不同位姿下 的标定板， 记录机器人每次拍摄时的位置 和姿态， 得到 机器人基坐标系和第一 三维相机坐标系之间的空间转换关系。 5.根据权利要求2所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述机器 人基坐标系和第二三维相 机坐标系的空间转换关系标定包括， 标定板固定位置不变， 改变 机器人的姿态， 第二三维相 机对标定板实现多次不同位姿的拍摄， 得到多自由度机器人基 坐标系和手外相机坐标系之间的空间转换关系。 6.根据权利要求1所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述规划 第二三维相机的拍摄点 位具体包括： 通过对完整工件点云进行几何分割， 根据点云的线面特征确定第 二三维相机的拍摄角 度， 结合第二 三维相机的工作距离范围， 设定第二 三维相机的拍摄位置； 或者， 当存在工件的三维模型时， 使用第三方建模软件在三维模型上设定拍摄点位， 将拍摄 得到的点云模型与三维模型做配准， 得到拍摄点， 并将拍摄点 位转换到机器人基坐标系下； 或者， 所述焊接 轨迹通过焊缝寻 位方法生成。 7.根据权利要求1所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述焊缝 寻位方法包括， 通过对三维点云模型进行几何分割， 通过线面特征， 提取工件焊缝的特征 点， 对特征点进行拟合平 滑得到焊缝轨 迹。 8.根据权利要求1所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述焊缝 寻位方法包括， 当存在三维数字模型时， 直接在数字模型中拾取 特征， 作为焊接 轨迹。 9.根据权利要求1所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 其特征在于， 所述三维权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114800574 A 2数字模型采用三维CAD软件建模。 10.一种双三维相机的机器人自动化焊接方法， 其特征在于， 采用权利要求1 ‑9任一项 所述的双三维相机的机器人自动化焊接系统， 包括： 标定焊枪工具坐标系 、 两个相机坐标系与机器人基坐标系之间的关系； 采用第一 三维相机拍摄获取完整工件点云； 根据完整工件点云规划第二 三维相机的拍摄点 位， 形成机器人的拍摄运动轨 迹； 采用第二 三维相机， 根据拍摄运动轨 迹， 获取当前拍摄点 位视野内的工件点云； 根据当前拍摄点 位拍摄得到的点云， 进行焊缝寻 位， 规划机器人的焊接 轨迹； 采用焊接装备， 根据当前拍摄点 位视野内的工件点云和焊接 轨迹， 完成焊接任务。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114800574 A 3