一种汽车车架焊接机械臂及其视觉识别系统的制作方法

本发明涉及机械设备，具体为一种汽车车架焊接机械臂及其视觉识别系统。

背景技术：

1、随着工业化、自动化的发展，在机械零部件生产加工领域，已越来越多地采用机械手等高自动化设备取代传统手动加工或半自动化加工，实现在生产加工效率方面产生得到较大提升，且在一定程度上提高了生产加工质量，并降低人力成本，汽车产品加工领域作为重要的工业领域，其工业化及自动化生产水平将代表着一个地区整体的工业化及自动化水平，其中，随着工业化、自动化的发展，在汽车零部件的焊接加工领域，也越来越多地开始出现机器人操作汽车焊枪进行焊接加工。

2、但现有技术中，目前在汽车车架焊接机械臂的作业过程中，由于机械臂多在一个基点上方带动机械手进行多维角度转动作业，当在实际过程中，存在在复杂的车架结构环境下进行作业时，有时所产生机械手重量变化以及工作姿态的不同，造成机械臂的有效负载可能会发生变化，使得机械臂在动态响应调节过程中，易碰撞到已焊接部分或其他障碍物，造成损伤，因此就需要提出一种汽车车架焊接机械臂及其视觉识别系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种汽车车架焊接机械臂及其视觉识别系统，以解决上述背景技术提出在汽车车架焊接机械臂的作业过程中，由于机械臂多在一个基点上方带动机械手进行多维角度转动作业，当在实际过程中，存在在复杂的车架结构环境下进行作业时，有时所产生机械手重量变化以及工作姿态的不同，造成机械臂的有效负载可能会发生变化，使得机械臂在动态响应调节过程中，易碰撞到已焊接部分或其他障碍物，造成损伤的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种汽车车架焊接机械臂及其视觉识别系统，包括安装基座，所述安装基座的顶部两端对称安装两组横向高精度线性轨，两组所述横向高精度线性轨的顶部通过第一滑动鞍座连接设置竖向高精度线性轨，所述竖向高精度线性轨的顶端内部滑动连接有第二滑动鞍座，所述第二滑动鞍座的顶部安装设置自控转动基盘，所述自控转动基盘的顶壁表面安装设置转动主臂，所述转动主臂的顶端依次连接有第一旋转轴节和第二旋转轴节，所述第二旋转轴节的侧端紧固连接有连接座，所述连接座的侧端紧固连接有矩形架，所述矩形架的内部安装设置视觉校准组件；

3、所述视觉校准组件包括第一线性调节滑轨，所述第一线性调节滑轨安装在矩形架的内壁表面顶侧，所述矩形架的左侧端和底侧端分别安装第二线性调节滑轨和第三线性调节滑轨，所述第一线性调节滑轨、第二线性调节滑轨和第三线性调节滑轨的内部均滑动连接有滑动转向座，所述滑动转向座的侧端安装设置第一液压杆，所述第一液压杆的侧端安装设置联轴器，所述联轴器的侧端安装设置第二液压杆，所述第二液压杆的侧端铰接有转动座，所述转动座的侧端紧固连接有视觉矩形框架，所述视觉矩形框架的四端对称安装视觉检测端。

4、优选的，所述第一线性调节滑轨、第二线性调节滑轨和第三线性调节滑轨的侧端表面上均安装设置位移传感器，所述第一线性调节滑轨、第二线性调节滑轨和第三线性调节滑轨的侧端均架设有高精度伺服电机。

5、优选的，所述视觉矩形框架的背侧端表面紧固连接有第一球节，所述第一球节的侧端紧固连接有二级球杆，所述二级球杆的侧端紧固连接有第二球节，所述第二球节的侧端在矩形架的内壁轴心端紧固连接。

6、优选的，所述自控转动基盘的顶壁侧端安装设置竖向测距架，所述竖向测距架的内部滑动连接有转向件，所述竖向测距架的侧壁表面安装测距仪。

7、优选的，所述转向件的侧端铰接有气动拉力杆，所述气动拉力杆的侧端通过转向节和转动主臂的侧壁表面紧固连接。

8、优选的，所述转动主臂底端侧壁表面连接设置转动支撑液压杆，所述矩形架的顶部安装设置激光雷达，所述视觉矩形框架的侧端安装设置机械手安装爪夹座。

9、一种汽车车架焊接机械臂的视觉识别系统，包括：中控控制处理器、图像采集端、自适应滤波器、特征捕捉器、三维图像显示器、超声波成型、激光点位校准传感器、预测控制器、上位机、逻辑运动控制器、力反馈端、避障识别检测端、曲面偏差角测量、焊接轨迹纠正、焊缝轨迹图像、冗余备用端和轨迹路径算法端。

10、优选的，所述中控控制处理器的输出端依次通过线路和图像采集端、自适应滤波器、特征捕捉器的输入端电性连接，所述中控控制处理器的侧边输出端和冗余备用端的输入端信号连接，所述冗余备用端的输出端和逻辑运动控制器的输入端信号连接。

11、优选的，所述避障识别检测端、曲面偏差角测量、焊缝轨迹图像和轨迹路径算法端的输出端和中控控制处理器的输入端信号连接，所述超声波成型和激光点位校准传感器和三维图像显示器的输入端信号连接，所述三维图像显示器的输出端和中控控制处理器的输入端信号连接。

12、优选的，所述预测控制器、上位机、逻辑运动控制器、力反馈端的输出端依次和特征捕捉器的输入端连接设置，所述力反馈端的输出端和焊接轨迹纠正的输入端信号连接，所述焊接轨迹纠正的输出端和轨迹路径算法端的输入端信号连接。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明中，通过在视觉校准组件配合下，当进行动态响应调节时，利用第一线性调节滑轨、第二线性调节滑轨和第三线性调节滑轨，在位移传感器的配合下，使得根据激光雷达的作用，便于在进行动态响应调节过程中，可以使得三组高精度伺服电机进行联控启动，使得两组横向高精度线性轨和竖向高精度线性轨，配合第一滑动鞍座和第二滑动鞍座能够依次根据所检测到的障碍进行调节，使得后续因机械手重量变化以及工作姿态不同的调节时，后续调节变化时，使得机械手安装爪夹座保持在同一基准点上，避免后续焊接作业时的精确性受到动态响应调节的影响，且可以实时根据车架焊接时的方位进行多角度转动和退位来使得焊接作业得到保障，确保了作业时的绝对定位精度，且在视觉矩形框架和视觉检测端配合下，能够从多个角度全方位地对目标进行高精度检测，利用第一线性调节滑轨、第二线性调节滑轨和第三线性调节滑轨，通过滑动转向座可在三个方向上进行微调，确保视觉检测端对目标的精确对准，而第一液压杆和第二液压杆通过联轴器和转动座驱动视觉矩形框架，使其能够在三维空间内进行动态调整，进而带动所安装的机械手进行调节，接着利用激光雷达便于配合上述所形成的多维空间转换作业进行位置上的校准和纠偏，进一步提高整体作业时，不会因障碍物而受到影响，有效避免在复杂的车架结构环境下进行作业时，降低因机械手重量变化以及工作姿态的不同，造成机械臂的有效负载所发生的变化，对机械臂在动态响应调节过程中，碰撞到已焊接部分或其他障碍物，而造成的损伤。

15、2、本发明中，通过在轨迹路径算法端、焊接轨迹纠正、曲面偏差角测量、避障识别检测端配合下，利用预测控制器根据历史数据和当前状态预测未来工况，输出控制指令给特征捕捉器，用于提前调整机械臂的动作策略，而其中上位机提供整体的系统监控和任务调度功能，向特征捕捉器发送操作指令和参数设置，并在逻辑运动控制器作用下将任务指令转化为具体运动指令，经由特征捕捉器传递给整体结构进行执行，再接着通过力反馈端来实时采集整体机械臂中焊接端在执行焊接任务时与工件接触的力信息，将这些信息反馈给焊接轨迹纠正和特征捕捉器，使得焊接轨迹纠正根据力反馈端传来的力信息，分析并纠正机械臂的实际焊接轨迹，确保与预期轨迹相符，然后将纠正后的轨迹信息发送给轨迹路径算法端，便于轨迹路径算法端根据接收到的焊接轨迹纠正信息进一步优化路径规划，确保机械臂在执行焊接任务时能够精确按照预设或纠正后的轨迹进行，使得整体系统运行形成集成式的闭环控制，提高上述整体装置的运行调节。