管板焊焊接方法、系统、焊接机器人及存储介质与流程

1.本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种管板焊焊接方法、系统、焊接机器人及存储介质。


背景技术：

2.在水利、化工、重型机械行业中，存在大量的管板焊焊接工作任务，管板焊对接质量要求高，单块管板上可能存在多个管需要焊接点，在焊接过程中易变形；人工焊接劳动强度大，工作环境差，焊接效率低，焊接质量难以保证；机器人焊接轨迹示教复杂，工作量大，精度难以保证，对于不同尺寸和外形的工件，需分别示教，程序复杂多样，所以机器人免示教自动焊接近年来备受关注。
3.本领域常用的焊接方式通常利用工装定位结合图纸，通过离线编程软件生成焊接轨迹。在实际工件尺寸和图纸工件尺寸存在误差时，离线编程生成的机器人焊接轨迹与实际焊接轨迹存在偏差，需要根据实际情况作调整修正；并且不同类型的管板对应的还接轨迹并不相同，每次焊接之间均需要根据管板的种类作对应离线编程，造成管板的焊接效率低下。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种管板焊焊接方法、系统、焊接机器人及存储介质，旨在解决现有技术中针对每次焊接均需要根据管板类型进行离线编程导致管板的焊接效率低下的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种管板焊焊接方法，所述管板焊焊接方法包括以下步骤：
7.发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓；
8.接收所述视觉子系统反馈的所述管板外圆轮廓，根据所述管板外圆轮廓识别图像采集是否成功；
9.若成功，则获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息；
10.根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。
11.可选地，所述获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息，包括：
12.发送获取指令至所述视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述获取指令反馈字符串信息；
13.通过字符串解析功能函数对所述字符串信息进行转换，获得每一条圆形焊道的圆弧段数、每段圆弧的轨迹点位的空间坐标值和工艺参数信息。
14.可选地，所述通过字符串解析功能函数对所述字符串信息进行转换，获得每一条圆形焊道的焊道空间坐标值和工艺参数信息的步骤之后，还包括：
15.定义多个第一位置寄存器和多个第二位置寄存器；
16.将各条圆形焊到的空所述间坐标值存储于所述第一位置寄存器；
17.将各条圆形焊道的所述工艺参数信息存储于所述第二位置寄存器；
18.相应地，所述空间坐标值包括焊接起始点；
19.所述根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接，包括：
20.运动到焊接起始点的接近点，从所述第一位置寄存器中读取各圆弧的轨迹点位的空间坐标值，并从所述第二位置寄存器中读取工艺参数信息，执行焊接指令，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。
21.可选地，所述发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓的步骤之前，还包括：
22.根据焊枪位置定义焊接机器人的工具坐标系；
23.根据手眼标定确定所述工具坐标系的原点与用户坐标系的原点之间的位置关系；
24.根据所述位置关系和所述工具坐标系的原点建立用户坐标系；
25.在所述工具坐标系内定义预设安全位置，在所述用户坐标系内定义拍照位置；
26.相应地，所述发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓，包括：
27.在所述焊枪处于所述预设安全位置时，发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统的采集摄像头在所述拍照位置根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓。
28.可选地，所述发送图像采集指令至视觉子系统的步骤包括：
29.基于通讯程序框架定义存储图像采集指令的字符串变量和布尔变量；
30.与所述视觉子系统建立通讯连接，将通讯协议字符串指令赋值于存储图像采集指令的字符串变量，并通过发送字符串功能指令将赋值后的通讯协议字符串指令发送至所述视觉子系统；
31.读取返回值功能指令，根据所述返回值功能指令中的布尔变量判断所述赋值后的通讯协议字符串指令是否发送完成；
32.若发送完成，则根据所述返回值功能指令判断下一步动作。
33.可选地，所述根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接的步骤之前，还包括：
34.读取当前焊接起点的旋转轴度数；
35.根据所述旋转轴度数和所述焊接运动轨迹判断焊接过程中旋转轴是否会处于极限位；
36.在所述旋转轴会处于极限位置时，预先回转所述旋转轴至标准起点，并在所述旋转轴至标准起点时，执行所述根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接的步骤。
37.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种焊接机器人，所述焊接机器人包括：存
储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的管板焊焊接程序，所述管板焊焊接程序被所述处理器执行时实现所述的管板焊焊接方法的步骤。
38.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种管板焊焊接系统，所述管板焊焊接系统包括：视觉子系统和所述的焊接机器人；
39.所述视觉子系统，用于在接收到所述图像采集指令时，根据采集到的管板图像提取圆环点云轮廓，将所述圆环点云轮廓投影至板面获得管板外圆轮廓，并反馈所述管板外圆轮廓。
40.可选地，所述视觉子系统，还用于在接收到所述焊接机器人发送的所述获取指令时，根据所述管板外圆轮廓识别待焊接圆大小，根据所述待焊接圆大小将待焊接管板的圆形焊道分割为预设数量的小段圆弧，并将每一条所述圆形焊道的圆弧段数、每段圆弧的轨迹点位的空间坐标值和工艺参数信息以字符串信息的形式反馈至所述焊接机器人。
41.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有管板焊焊接程序，所述管板焊焊接程序被处理器执行时实现如上文所述的管板焊焊接方法的步骤。
42.本发明提供了一种管板焊焊接方法、系统、焊接机器人及存储介质，该管板焊焊接方法通过发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓；接收所述视觉子系统反馈的所述管板外圆轮廓，根据所述管板外圆轮廓识别图像采集是否成功；若成功，则获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息；根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。在本发明中，通过视觉子系统采集待焊接管板的管板外圆轮廓，在所述管板外圆轮廓识别图像采集成功时，获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息；根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接避免在管板种类变化的情况下重新进行离线编程，从而无需对不同种类的管板分别进行离线编程，提升了焊接效率。
附图说明
43.图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的焊接机器人的结构示意图；
44.图2为本发明管板焊焊接方法第一实施例的流程示意图；
45.图3为本发明管板焊焊接方法第二实施例的流程示意图；
46.图4为本发明视觉子系统采集到的管板图像的结构示意图；
47.图5为本发明视觉子系统提取的圆环点云轮廓的结构示意图；
48.图6为本发明视觉子系统将圆环点云轮廓投影后得到的管板外圆轮廓的结构示意图；
49.图7为本发明视觉子系统中各圆形焊道中各段圆弧内的轨迹点位的示意图；
50.图8为本发明管板焊焊接方法第三实施例的流程示意图；
51.图9为本发明管板焊焊接方法第四实施例的流程示意图。
52.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
53.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
54.参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的焊接机器人结构示意图。
55.如图1所示，该焊接机器人可以包括：处理器1001，例如中央处理器(central processing unit，cpu)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口，对于用户接口1003的有线接口在本发明中可为usb接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(wireless-fidelity，wi-fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(random access memory，ram)，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory，nvm)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
56.本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对焊接机器人的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
57.如图1所示，认定为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及管板焊焊接程序。
58.在图1所示的焊接机器人中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与所述后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接用户设备；所述焊接机器人通过处理器1001调用存储器1005中存储的管板焊焊接程序，并执行本发明实施例提供的管板焊焊接方法。
59.基于上述硬件结构，提出本发明管板焊焊接方法的实施例。
60.参照图2，图2为本发明管板焊焊接方法第一实施例的流程示意图，提出本发明管板焊焊接方法第一实施例。
61.在第一实施例中，所述管板焊焊接方法包括以下步骤：
62.步骤s10：发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓。
63.应理解的是，本实施例的执行主体可以是焊接机器人。该焊接机器人包括焊接控制芯片以及焊枪。焊接芯片可以根据采集到的待焊接管板的相关信息编译焊接运动轨迹，从而控制焊枪根据该焊接运动轨迹对管板进行焊接。
64.需要说明的是，预设安全位置为焊枪与周围物体之间不存在干涉的位置。视觉子系统是包括图像采集和数据处理等功能的图像采集系统。该视觉子系统包括采集图像的摄像头或镜头以及进行图像识别、数据传输的芯片。管板外圆轮廓是指设置在管板上需要进行焊接的圆形焊接点的外部轮廓。根据管板外圆轮廓焊接机器人可以直接根据管板外圆轮廓确定焊接机器人的焊接轨迹。
65.可以理解的是，焊接机器人与视觉子系统之间可以通过相关的通信架构建立连接，实现二者之间的指令传输或数据反馈。例如使用焊接机器人内的karel通讯程序框架，定义需要使用的变量，包括用于存储触发拍照指令的字符串变量、判断是否发送完成的布尔变量；建立通讯连接，焊接机器人可以调用其对应的功能指令，其中指令中使用机器人通讯端口名变量，通讯端口名称与机器人参数设置窗口设置名称一致；然后将通讯协议字符串指令赋值于用于存储触发拍照指令的字符串变量，通过发送字符串功能指令发送至视觉子系统；最后读取返回值功能指令，确认发送完成后，断开通讯连接。
66.在具体实施中，焊接机器人在接收到焊接指令时，向视觉子系统发送图像采集指令。视觉子系统在接收到图像采集指令时，对待焊接管板的图像进行采集，并利用采集到的图像识别得到管板外圆轮廓。在管板外圆轮廓采集识别成功时，可以将管板外圆轮廓发送至焊接机器人。当然，在管板外圆轮廓采集过程可能存在采集并不成功的情况，在此情况下，焊接机器人并不能进行焊接，此时视觉子系统可以反馈采集失败的相关信息或者反馈无法满足识别需求的管板外圆轮廓至焊接机器人，以使焊接机器人控制焊枪返回预设安全位置。
67.步骤s20：接收所述视觉子系统反馈的所述管板外圆轮廓，根据所述管板外圆轮廓识别图像采集是否成功。
68.应理解的是，图像识别子系统在采集到管板外圆轮廓时，可以直接将采集到的管板外圆轮廓反馈至焊接机器人。焊接机器人还需要根据接收到的管板外圆轮廓确定视觉子系统对图像采集的过程是否成功。例如焊接机器人接收到的管板外圆轮廓为满足焊接机器人识别的清晰的图像数据，焊接机器人可以直接根据该管板外圆轮廓进行后续操作，此时可以认定图像采集过成功，否则可以认定图像采集失败。
69.在具体实施中，焊接机器人可以根据接收到的管板外圆轮廓进行识别，在能够识别到管板外圆轮廓的相关信息时，可以确定图像采集是否成功。例如焊接机器人可以对管板外圆轮廓上的各个点位的空间位置信息进行识别，在可以正常识别到点位的空间位置信息时，则可以认定图像采集成功，否则认定图像采集失败。
70.步骤s30：若成功，则获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息。
71.应理解的是，在对圆形焊道进行焊接之前，还需要确定焊接待焊接焊道的焊道空间坐标值以及焊接过程中对应的工艺参数信息。该焊道空间坐标值可以为待焊接管板上圆形焊道的圆弧的空间坐标值，例如直线焊道的起始坐标、截止坐标等。工艺参数信息可以为运动轨迹点位的位姿信息、焊接速度、轨迹运行拐弯半径、焊接参数程序、开/关火区分、焊接补偿量、轨迹运行方向(顺逆时针区分)等信息。焊道空间坐标值和工艺参数信息根据管板的具体结构进行设定，不同类型的管板对应的空间坐标值以及工艺参数信息并不相同。
72.需要说明的是，在接收视觉子系统输出的空间坐标值以及工艺参数信息之前，焊接机器人还需要与视觉子系统建立连接，并发送相关的指令至所述视觉子系统。当然焊接机器人还可以定义用于存储轨迹点坐标及其运动参数信息位置寄存器。
73.在具体实施中，所述视觉子系统在接收到焊接机器人输出的参数获取指令时，对管板上的相关参数进行识别获取。然后将识别获取到的参数反馈至焊接机器人。例如视觉子系统可以识别各待焊接焊道的空间坐标值；然后识别该管板的具体类型参数，利用该类型参数在工艺库中匹配的方式获取到该管板对应的工艺参数信息。当然，视觉子系统可以根据待焊接圆大小，可将圆形焊道分割为一定数量的小段圆弧，每一小段圆包含三个坐标点，可以分割为四段，每段圆弧包含三个坐标点。焊接机器人在接收到空间坐标值以及工艺参数信息时，可以利用定义的寄存器对空间坐标值进行存储。例如每个端点信息可以使用两个位置寄存器存储，第一个位置寄存器储存端点的位姿信息，第二个位置寄存器储存端点开关火信息、运动速度、圆滑过渡参数、焊接工艺参数程序number号，每条焊道包括四段圆弧，每条圆弧包括三个轨迹点位，即每条焊道需要定义24个位置寄存器存储组成焊道轨迹点信息。
74.在本实施例中，焊接机器人可以一次性的获取工艺参数信息，而空间坐标值可以单独的获取每个获取一条待焊接焊道。例如视觉子系统接收到相关指令后，计算并返回包括空间坐标值的字符串信息，机器人通过字符串解析功能函数，将接收到的字符串信息转换为机器人位姿和可识别读取的运动参数；通过圆弧号自加和轨迹点号自加，实现每一条焊道的每一个组成轨迹点的获取，每一条焊道的轨迹点信息读取存储。工艺参数信息可通过焊接软件快速设置并由焊接机器人读取至每一条焊接轨迹中，无需在机器人每条轨迹指令中逐条设置，减少机器人调参工作，确保机器人参数一致性，易于实现机器人运行连贯和焊道平整圆滑。
75.步骤s40：根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。
76.在确定焊道空间坐标值以及工艺参数信息的情况下，焊接机器人可以控制焊枪在工艺参数信息的焊接流程下，将焊道空间坐标值内的各个轨迹点位进行焊接。
77.在具体实施中，可以将焊接空间坐标值以及工艺参数信息通过相关的软件设定与焊接机器人内，焊接机器人可以根据设定的焊接空间坐标值以及工艺参数信息控制焊枪对待焊接的焊道进行焊接，直至完成所有的焊道。
78.本实施例中提供了一种管板焊焊接方法，该管板焊焊接方法通过发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓；接收所述视觉子系统反馈的所述管板外圆轮廓，根据所述管板外圆轮廓识别图像采集是否成功；若成功，则获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息；根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。在本实施例中通过视觉子系统采集待焊接管板的管板外圆轮廓，在所述管板外圆轮廓识别图像采集成功时，获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息；根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，从而无需对不同种类的管板分别进行离线编程，避免在管板种类变化的情况下重新进行离线编程，提升了焊接效率。
79.参照图3，图3为本发明管板焊焊接方法第二实施例的流程示意图。基于上述图2所示的第一实施例，提出本发明管板焊焊接方法的第二实施例。
80.应理解的是，在第二实施例中，参照图4，所述步骤s10中的视觉子系统可以在接收到图像采集指令时，可以根据该图像采集指令对待焊接管板进行拍照获得管板图像。参照图5，在采集到的管板图像中可以利用图像识别算法对提取管板的管板图像上的圆环轮廓进行图像识别，然后将所述圆环轮廓转换为对应的管板图像得到圆形焊接点的圆环点云轮廓；当然也可以通过将整个管板图像转换为整个图像的管板图像，然后从整个图像的管板图像中提取圆环轮廓对应的管板图像获得圆环点云轮廓。该圆环点云轮廓是管板上待焊接圆环的轮廓对应的管板图像。参照图6，在圆环点云轮廓确定之后，视觉子系统还可以将该圆环点云轮廓投影至板面，从而获取到管板外圆轮廓。参照图7，视觉子系统可以将一个圆形焊道分为多段圆弧，在每段圆弧上均定义3个轨迹点位，根据空间坐标系确定每个轨迹点位的空间坐标值。
81.在焊接机器人接收管板外圆轮廓时，可以通过定义包括用于存储触发判断拍照计算完成指令的字符串变量、判断是否发送完成的布尔变量，接受返回值字符串变量和存储表示不同状态数字量的数字寄存器编号；然后焊接机器人通过调用功能函数，与视觉子系
统建立通讯连接，并发送相应通讯协议指令至视觉端，视觉端接受到指令进行相应判断并发送返回值后，断开通讯连接；焊接机器人接收视觉子系统的计算返回值时，需要根据返回指判断下一步动作，在视觉子系统识别计算成功时，后续焊接程序继续执行；在视觉子系统识别计算失败时，后续程序自动结束并输出报警信号。
82.在本第二实施例中，所述步骤s30包括：
83.步骤s301：发送获取指令至所述视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述获取指令反馈字符串信息。
84.应理解的是，获取指令是用于对焊接过程中的焊道空间坐标值和焊接过程中的工艺参数进行获取的指令。字符串信息是视觉子系统与焊接机器人之间信息传输的载体。该字符串信息内可以包括焊道空间坐标值以及工艺参数信息等。
85.在具体实施中，焊接机器人可以输出获取指令至视觉子系统，视觉子系统可以在接收到该获取指令时，计算空间坐标值以及工艺参数信息，然后根据空间坐标值以及工艺参数信息生成对应的字符串信息，并将该字符串信息反馈至焊接机器人。
86.步骤s302：通过字符串解析功能函数对所述字符串信息进行转换，获得每一条圆形焊道的圆弧段数、每段圆弧的轨迹点位的空间坐标值和工艺参数信息。
87.需要说明的是，字符串解析功能函数是用于对字符串信息进行解析或转换提取字符串内所包括的原始信息的函数。其中，所述空间坐标值是指每段圆弧的轨迹点位的坐标值；所述轨迹点位包括：起始点位、中心点位以及截止点位。视觉子系统在对每一条焊道进行识别过程中，可以根据待焊接圆大小，将圆形焊道分割为一定数量的小段圆弧，每一小段圆包含三个坐标点即每段圆弧上的轨迹点位。在进行运动轨迹确定过程中，需要确定待焊接轨迹的轨迹点位。不同的焊接轨迹对应的轨迹点位并不相同，例如直线的焊接轨迹可以直接在直线上选取两个点位，利用两点确定焊接直线轨迹。考虑到圆弧的位置需要通过至少三个轨迹点位进行确定，因此轨迹点位可以包括圆弧的起始点位、中心点位以及截止点位。
88.在具体实施中，焊接机器人可以通过字符串解析功能函数，将接收到的字符串信息转换为每一条圆形焊道中的圆弧段数、每段圆弧的轨迹点位的空间坐标值和工艺参数信息；通过圆弧号自加和轨迹点号自加，实现每一条焊道的每一个组成轨迹点的获取，每一条焊道的轨迹点信息读取存储。而在焊接过程中，工艺参数信息可通过焊接软件快速设置并由焊接机器人读取至每一条焊接轨迹中，无需在机器人每条轨迹指令中逐条设置，减少机器人调参工作，确保机器人参数一致性，易于实现机器人运行连贯和焊道平整圆滑。
89.在本实施例中，所述步骤s302之后还包括：
90.步骤s303：定义多个第一位置寄存器和多个第二位置寄存器。
91.步骤s304：将各条圆形焊道的所述空间坐标值存储于所述第一位置寄存器。
92.步骤s305：将各条圆形焊道的所述工艺参数信息存储于所述第二位置寄存器。
93.应理解的是，在待焊接焊道上的各个轨迹点位的空间坐标值均确定之后，还需要对各个轨迹点位的空间坐标值以及对应的工艺参数信息进行存储。其中，视觉子系统可以在采集到各个轨迹点位的空间坐标值进行存储，而焊接机器人在接收到各个轨迹点位的空间坐标值时，同样需要对各个轨迹点位的空间坐标值进行存储并且还需要对各个轨迹点位对应的工艺参数信息进行存储。
94.需要说明的是，第一位置寄存器是用于对各个轨迹点位的空间坐标值进行存储的寄存器，第二位置寄存器是用于对各个轨迹点位的工艺参数信息进行存储的寄存器。第一位置寄存器与第二位置寄存器的数目相同。位置寄存器的具体数目与视觉子系统定义的轨迹点位的数目相关。例如视觉子系统将一个圆形焊道分割为四段，每段圆弧包含三个轨迹点位，则该圆形焊道需要定义24个位置寄存器。
95.在具体实施中，焊接机器人可以对每个待焊接焊道的轨迹点位分别定义两个位置寄存器。在接收到各个轨迹点位对应的空间坐标值和工艺参数信息时，利用第一位置寄存器存储所述各轨迹点位的空间坐标值，然后利用第二位置寄存器存储所述各轨迹点位的工艺参数信息。在焊接时，可以直接读取该位置寄存器中的数据进行焊接。
96.相应的，所述步骤s40包括：
97.步骤s40'：运动到焊接起始点的接近点，从所述第一位置寄存器中读取各圆弧的轨迹点位的空间坐标值，并从所述第二位置寄存器中读取工艺参数信息，执行焊接指令，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。
98.其中，焊接机器人在焊枪运动到焊接起点的接机点时，焊接机器人便准备进行焊接。在焊接时，首先焊接机器人需要读取第一位置寄存器中的各圆弧的轨迹点位对应的空间坐标值，从而确定各圆弧的焊接轨迹。例如焊接机器人在得到各段圆弧上轨迹点位的空间坐标值的情况下，可以根据轨迹点位中的起始点位、中心点位以及截止点位利用三点定圆弧的方法可以确定每段圆弧的焊接轨迹。其次焊接机器人在确定每个轨迹点位的空间坐标值之后，还需要从第二位置寄存器中读取用于焊接的工艺参数信息。
99.应理解的是，焊接机器人可以在获取到空间坐标值的情况下，从管板外援轮廓中提取待焊接圆弧的轨迹点位，然后利用焊接机器人内部存储用于生成轨迹的运动轨迹程序确定对应圆弧的焊接轨迹。例如焊接机器人可以将圆形焊道分为四个圆弧，然后对每个圆弧内的起始点位、中心点位以及截止点位进行识别获取，然后分别对每段圆弧的焊接轨迹进行确定，从而得到圆形焊道的焊接轨迹。
100.在本实施例中，焊接机器人可以根据所述轨迹点位调用设计框架中的编译指令以及每段圆弧中各个轨迹点位的空间坐标值编译焊接的运动轨迹。在确定待焊接圆弧的轨迹点位之后，焊接机器人可以调用设计框架中的编译指令可以通过采集到的各个圆弧的轨迹点位对运动轨迹进行编译；在一段圆弧的运动轨迹编译完成后，继续根据下一个圆弧的轨迹点位调用设计框架中的编译指令对下一段圆弧的运动轨迹进行编译，直至获取到整个管板外圆轮廓的运动轨迹。
101.其中，设计架构是焊接机器人内存储的程序设计架构。编译指令是用于对焊接轨迹进行编译的指令。一个设计架构内包括一定数目的编译指令。焊接机器人在焊接过程中焊枪需要在待焊接管板的圆形焊点的轮廓内进行焊接，焊接机器人在接收到视觉子系统反馈的管板外圆轮廓时，可以直接根据该管板外圆轮廓调用设计架构中的编译指令编译该圆形焊道的轨迹点位对应的运动轨迹。在接收到该管板外圆轮廓的情况下，焊接机器人还可以对管板外圆轮廓通过寄存器进行存储。
102.在具体实施中，在确定各段圆弧的焊接轨迹以及各个轨迹点位对应的工艺参数信息的情况下，焊接机器人可以直接控制焊枪在初始点位使用对应的工艺参数信息启动焊接，在焊接到下一个轨迹点位时，根据下一个轨迹点位对应的工艺参数进行焊接，直至一个
完整的圆弧焊接完后，然后按照相同的方式执行下一段圆弧的焊接，直至待焊接管板的所有圆形焊道焊接完成。
103.此外，在本实施例中，所述步骤s40之前还包括：
104.接收所述视觉子系统反馈的圆形焊道数目。
105.应理解的是，一个管板上通常包括多个待焊接的运行焊道，在焊接之前还可以通过视觉子系统识别管板上的待焊接的运行焊道的数目。例如每个待焊接焊道在管板上都存在对应的圆环焊接点，视觉子系统可以通过对圆环焊接点相关的特征进行识别确定圆环焊接点的数目，该圆环焊接点的数目即为待焊接焊道的数目。
106.在具体实施中，视觉子系统可以将管板图像中提取到的圆环点云轮廓的数目作为待焊接焊道的数目，并在输出管板外圆轮廓的同时将待焊接焊道数目发送至焊接机器人。当然焊接机器人也可以与视觉子系统建立通讯连接，发送触发计算焊道总数量协议指令，视觉子系统接收字符串指令，计算焊道总数量给出返回值。焊接机器人通过接收存储命令读取到待焊接焊道数量，并通过字符串转换实数功能函数，将焊道总数量转换为实数存储到对应存储焊道总数量的实数寄存器中。
107.相应的，所述步骤控制焊枪根据所述工艺参数信息和所述焊接轨迹执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接还包括：
108.控制焊枪根据所述工艺参数信息和所述焊接轨迹执行焊接，并记录已焊接焊道数目；
109.在所述已焊接焊道数目达到所述圆形焊道数目时，控制所述焊枪返回所述预设安全位置。
110.在所述已焊接焊道数目未达到所述圆形焊道数目时，返回获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息的步骤。
111.应理解的是，在焊接机器人控制焊枪根据焊接运动轨迹焊接管板的同时也需要确定已经完成焊接的圆形焊道的焊道数目，防止部分待焊接焊道漏焊。
112.在具体实施中，可以在每一个待焊接焊道焊接完成时记录已焊接焊道数目。然后将已焊接焊道数目与圆形焊道数目进行比较。在已焊接焊道数目与圆形焊道数目相同时，则认定已经完成管板焊焊接，焊接机器人控制焊枪返回预设安全位置；在已焊接焊道数目小于圆形焊道数目时，则认定并未完成焊接过程，则返回获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息的步骤，重新对下一个待焊接焊道进行焊接，直至每一个待焊接焊道均焊接完成。
113.参照图8，图8为本发明管板焊焊接方法第三实施例的流程示意图。基于上述第一实施例或第二实施例提出本发明的第三实施例。
114.在第三实施例中，在本实施例中，所述步骤s10之前还包括：
115.步骤s101'：根据焊枪位置定义焊接机器人的工具坐标系。
116.需要说明的是，焊枪位置是焊枪当前所处的位置。焊接机器人的运动轨迹为该焊接机器人的焊枪运动轨迹。焊接机器人内可以包括基坐标系、工具坐标系、用户坐标系等不同坐标系。该基坐标系是以焊接机器人底座的中心点为原点的坐标系。工具坐标系是指焊枪焊接点为中心点的坐标系。用户坐标系是指用户自己定义的坐标系，一般是已有生产线或者应用场景的情况下，用户已经提前定义好的坐标系。在具体实施中，所述焊接机器人可
以检测焊枪位置，然后以焊枪位置为原点建立工具坐标系。
117.步骤s102'：根据手眼标定确定所述工具坐标系的原点与用户坐标系的原点之间的位置关系。
118.应理解的是，在本实施例中手眼标定是指焊枪与视觉子系统中的摄像头之间的位置标定关系。通常为了更加方便的对管板图像机芯采集视觉子系统的摄像头可以设置在焊接机器人的焊枪上即眼在手上；此外，焊枪和摄像头分开设置即眼固定。在眼在手上的情况下，需要保证相机拍照视野覆盖待拍摄焊接工件范围；而在眼固定的情况下，在焊枪运动过程中需要确保焊枪并不会遮挡相机的镜头采集管板图像的视角。
119.在本实施例中，可以将相机采集图像的镜头设置在焊枪上，在工具坐标系建立之后，利用焊枪与镜头之间的手眼标定关系即工具坐标系原点与用户坐标系原点之间的位置关系确定用户坐标系的原点与工具坐标系原点之间的位置关系。
120.步骤s103'：根据所述位置关系和所述工具坐标系的原点建立用户坐标系。
121.应理解的是，在获取到用户坐标系的原点与工具坐标系的原点之间的位置关系情况下，可以直接根据该位置关系和工具坐标系的具体位置确定用户坐标系的原点位置，然后根据该用户坐标系的原点位置建立用户坐标系。
122.步骤s104'：在所述工具坐标系内定义预设安全位置，在所述用户坐标系内定义拍照位置。
123.需要说明的是，预设安全位置可以在已经建立的工具坐标系内进行定义。该预设安全位置可以是在工具坐标系内不会与周围其他物体之间存在干涉的位置均可作为预设安全位置。在进行焊接之前需要对焊枪是否处于预设安全位置进行确定。在焊枪处于该预设安全位置时，则可以直接执行后续的焊接流程；但是在焊枪并不处于该预设安全位置时，则需要先将焊枪调节至该预设安全位置，然后执行后续的焊接流程。拍照位置是指采集摄像头采集管板图像的位置。针对眼在手上的情况，该拍照位置可以在用户坐标系内定义，该采集摄像头可以在该拍照位置采集到清晰的管板图像即可。
124.当然，眼固定的情况下，拍照位置已经固定可以不在用户坐标系内定位拍照位置，但是需要在拍照是避免焊枪等物体对采集摄像头造成干扰。
125.相应的，所述步骤s10包括：
126.在所述焊枪处于所述预设安全位置时，发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统的采集摄像头在所述拍照位置根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓。
127.应理解的是，在本实施例中采集摄像头设置在焊枪上，通常焊枪均处于预设安全位置，因此在对图像进行采集时，需要调节焊枪的位置以使所述采集摄像头可以处于拍照位置。
128.在具体实施中，焊接机器人可以在输出图像采集指令的同时对焊枪的位置进行调整，从而使设置在焊枪上的采集摄像头处于拍照位置，然后视觉子系统的采集摄像头对启动进行采集。此外，焊接机器人也可以在输出图像采集指令使视觉子系统的采集摄像头启动但并不进行采集，在焊接机器人将视觉子系统的采集摄像头调整到拍照位置时启动采集，得到管板图像。
129.应理解的是，在眼在手上的情况下，采集摄像头的质量会对焊枪造成一定影响，例
如导致焊枪的位置发生变化等。因此，在进行图像采集之前还需要对焊枪的有效载荷负载数据进行设置，避免设置在采集摄像头上的焊枪对焊接过程造成影响。
130.在具体实施中，可以先获取采集摄像头的质量等相关信息，然后在焊接机器人的参数窗口内根据采集摄像头的质量对焊枪的有效载荷负载数据进行设置，从而可以使焊枪的位置更加准确，焊接过程中轨迹运行稳定平滑，保证焊接质量。
131.所述步骤s10中的所述发送图像采集指令至视觉子系统的步骤包括：
132.步骤s101：基于通讯程序框架定义存储图像采集指令的字符串变量和布尔变量。
133.应理解的是，存储图像采集指令的字符串变量是焊接机器人与视觉子系统之间传输图像采集指令的变量。布尔变量是用于判断焊接机器人与视觉子系统之间传输存图像采集指令的通信是否完成的变量。通讯程序框架是焊接机器人可使用的编程语言框架，该通讯程序框架可以包括karel通讯程序框架、c语言通讯程序框架等。在具体实施中，焊接机器人可以根据karel通讯程序框架定义所需要使用的存储图像采集指令的字符串变量和判断传输是否完成的布尔变量。
134.步骤s102：与所述视觉子系统建立通讯连接，将通讯协议字符串指令赋值于存储图像采集指令的字符串变量，并通过发送字符串功能指令将赋值后的通讯协议字符串指令发送至所述视觉子系统。
135.应理解的是，通讯协议字符串指令是包括焊接机器人与视觉子系统之间所使用的通信协议的指令。通过调用该通讯协议字符串指令可以确定焊接机器人与视觉子系统之间的通信协议，例如tcp/ip协议。发送字符串功能指令是焊接机器人将字符串发送至视觉子系统的指令。通讯协议字符串指令和发送字符串功能指令中使用机器人通讯端口名变量、通讯端口名称与机器人参数设置窗口设置名称一致。
136.焊接机器人在定义通信变量之后，便可以与视觉子系统之间建立通讯连接，该通讯连接可以是套接字通讯连接，当然也可以是其他通讯连接。在焊接机器人与视觉子系统建立连接之后，焊接机器人便可以调用确定通信协议的通讯协议字符串指令，以及用于发送字符串的字符串功能指令，并将通讯协议字符串指令和发送字符串功能指令中使用机器人通讯端口名变量、通讯端口名称修改为机器人参数设置窗口中设置的名称。
137.应理解的是，在进行数据通信时，字符串变量需要与通信协议相匹配，否则字符串变量无法通过焊接机器人与视觉子系统之间的通讯连接进行传输。在通讯协议字符串指令和发送字符串功能指令均调用完成以后，还需要将字符串变量设置为满足当前通信协议的变量。
138.在本实施例中，焊接机器人可以直接将通讯协议字符串指令赋值于字符串变量，从而使赋值后的字符串变量满足焊接机器人与视觉子系统之间的通信协议。在字符串变量赋值完成以后，焊接机器人可以通过调用的所述发送字符串功能指令将所述赋值后的字符串变量发送至所述视觉子系统。
139.步骤s103：读取返回值功能指令，根据所述返回值功能指令中的布尔变量判断所述赋值后的通讯协议字符串指令是否发送完成。
140.步骤s104：若发送完成，则根据所述返回值功能指令判断下一步动作。
141.需要说明的是，返回值功能指令是用于展示焊接机器人与视觉子系统之间进行通讯的指令。在焊接机器人与视觉子系统之间进行通讯时，视觉子系统在接收到字符串变量
时，可以反馈返回值功能指令至焊接机器人，焊接机器人可以根据该返回值功能指令确定当前通信状态。
142.应理解的是，焊接机器人在接收到返回值功能指令时，可以根据定义的布尔变量对返回值功能指令进行解析，确定赋值后的字符串变量是否发送完成。在赋值后的字符串变量并未发送完成时，焊接机器人保持与视觉子系统之间的通讯连接；而在赋值后的字符串变量发送完成时，焊接机器人可以断开与视觉子系统之间的通讯连接，此时视觉子系统可以根据该图像采集指令对管板焊的管板外圆轮廓进行采集，焊接机器人可以在视觉子系统的图像采集识别成功时，与视觉子系统再次建立通讯连接。
143.参照图9，图9为本发明管板焊焊接方法第四实施例的流程示意图，基于上述的第一实施例、第二实施例或第三实施例，提出本发明管板焊焊接方法的第四实施例。
144.在第四实施例中，所述步骤s40之前还包括：
145.步骤s401'：读取当前焊接起点的旋转轴度数。
146.应理解的是，在焊接过程中，焊枪通常设置在焊接机器人的焊接臂上，而焊接机器人的焊接臂上的旋转轴具有一定的旋转角度限制。在待焊接焊道的焊接过程中可能存在导致旋转轴旋转角度过大的焊接运动轨迹，因此在对待焊接焊道进行焊接之前还需要确定焊接过程中是否存在旋转轴超出设定旋转角度范围，避免焊接失败。
147.需要说明的是，当前焊接起点为当前待焊接焊道的焊接起始点。旋转轴度数为焊枪处于当前焊接起点时旋转轴对应的转角角度。在具体实施中，焊接机器人可以根据控制焊枪移动的空间位置确定焊枪处于当前焊接起点时旋转轴对应的度数。
148.步骤s402'：根据所述旋转轴度数和所述焊接运动轨迹判断焊接过程中旋转轴是否会处于极限位。
149.需要说明的是，极限位是指旋转轴在焊接过程中所能旋转的最大角度位置。在所述旋转轴处于最大角度位置时，旋转轴无法继续在该方向继续旋转，会直接导致该待焊接焊道焊接失败。
150.在具体实施中，可以根据焊接运动轨确定在焊接过程中旋转轴旋转的最大角度，然后根据该可能旋转的最大角度与当前焊接起点的旋转轴度数确定旋转轴是否能够到达极限位。
151.步骤s403'：在所述旋转轴会处于极限位置时，预先回转所述旋转轴至标准起点，并在所述旋转轴至标准起点时，执行所述根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接的步骤。
152.可以理解的是，标准起点是指旋转轴处于零旋转度数的位置。在标准起点，旋转轴可以在顺时针与逆时针两个方向均旋转一定的角度。当然，在本实施例中，也可以根据焊接运动轨迹实时调整当前焊接起点的旋转轴度数，并非一定要旋转至标准起点。在焊接过程中，因管板外形差异导致焊接机器人旋转轴超出运动范围的报错，被迫中断焊接过程；可根据焊接起点机器人旋转轴数据和后续焊接轨迹趋势，在起弧点将机器人六轴进行回转360
°
操作，例如焊接机器人的焊接起始点的旋转轴为5
°
，后续焊接轨迹趋势旋转轴需要逆时针转动，那么旋转轴最多还可转动355
°
，通过旋转轴回转，在5
°
的基础上旋转-360
°
，则焊接起始点即开火点为-355
°
，这样焊接机器人旋转轴最多还可转动720
°
左右，这就能够保证机器人旋转轴转动完整一周不会超出运动范围。因此，在确定待焊接焊道在焊接过程中，旋转轴
会处于极限位置时，可以预先对旋转轴进行旋转。
153.在本实施例中，焊接机器人可以通过读取旋转轴度数，并根据焊接运动轨迹判断旋转轴是否会达到极限位置，并在能够达到极限位置时对旋转轴进行预先旋转，避免焊接过程因旋转轴导致焊接失败。
154.此外，本发明实施例还提出一种焊接机器人，所述焊接机器人包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的管板焊焊接程序，所述管板焊焊接程序被所述处理器执行时实现所述的管板焊焊接方法的步骤。
155.此外，本发明实施例还提出一种管板焊焊接系统，所述管板焊焊接系统包括：相互连接的视觉子系统和焊接机器人；
156.所述视觉子系统，用于在接收到所述图像采集指令时，根据采集到的管板图像提取圆环点云轮廓，将所述圆环点云轮廓投影至板面获得管板外圆轮廓，并反馈所述管板外圆轮廓。
157.所述视觉子系统，还用于在接收到所述焊接机器人发送的所述获取指令时，根据所述管板外圆轮廓识别待焊接圆大小，根据所述待焊接圆大小将待焊接管板的圆形焊道分割为预设数量的小段圆弧，并将每一条所述圆形焊道的圆弧段数、每段圆弧的轨迹点位的空间坐标值和工艺参数信息以字符串信息的形式反馈至所述焊接机器人。
158.所述焊接机器人，用于发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓；接收所述视觉子系统反馈的所述管板外圆轮廓，根据所述管板外圆轮廓识别图像采集是否成功；若成功，则获取所述待焊接管板的焊道空间坐标值及工艺参数信息；根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。
159.所述管板焊焊接系统内的焊接机器人，还用于发送获取指令至所述视觉子系统，以使所述视觉子系统根据所述获取指令反馈字符串信息；
160.通过字符串解析功能函数对所述字符串信息进行转换，获得每一条圆形焊道的圆弧段数、每段圆弧的轨迹点位的空间坐标值和工艺参数信息。
161.所述管板焊焊接系统内的焊接机器人，还用于定义多个第一位置寄存器和多个第二位置寄存器；将各条圆形焊道的所述空间坐标值存储于所述第一位置寄存器；将各条圆形焊道的所述工艺参数信息存储于所述第二位置寄存器；运动到焊接起始点的接近点，从所述第一位置寄存器中读取各圆弧的轨迹点位的空间坐标值，并从所述第二位置寄存器中读取工艺参数信息，执行焊接指令，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接。
162.所述管板焊焊接系统内的焊接机器人，还用于根据焊枪位置定义焊接机器人的工具坐标系；根据手眼标定确定所述工具坐标系的原点与用户坐标系的原点之间的位置关系；根据所述位置关系和所述工具坐标系的原点建立用户坐标系；在所述工具坐标系内定义预设安全位置，在所述用户坐标系内定义拍照位置；在所述焊枪处于所述预设安全位置时，发送图像采集指令至视觉子系统，以使所述视觉子系统的采集摄像头在所述拍照位置根据所述图像采集指令采集待焊接管板的管板外圆轮廓。
163.所述管板焊焊接系统内的焊接机器人，还用于基于通讯程序框架定义存储图像采集指令的字符串变量和布尔变量；与所述视觉子系统建立通讯连接，将通讯协议字符串指令赋值于存储图像采集指令的字符串变量，并通过发送字符串功能指令将赋值后的通讯协
议字符串指令发送至所述视觉子系统；读取返回值功能指令，根据所述返回值功能指令中的布尔变量判断所述赋值后的通讯协议字符串指令是否发送完成；若发送完成，则根据所述返回值功能指令判断下一步动作。
164.所述管板焊焊接系统内的焊接机器人，还用于读取当前焊接起点的旋转轴度数；根据所述旋转轴度数和所述焊接运动轨迹判断焊接过程中旋转轴是否会处于极限位；在所述旋转轴会处于极限位置时，预先回转所述旋转轴至标准起点，并在所述旋转轴至标准起点时，执行所述根据所述焊道空间坐标值及工艺参数信息执行焊接，以完成所述待焊接管板的所有焊道焊接的步骤。
165.此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有管板焊焊接程序，所述管板焊焊接程序被处理器执行时实现如上文所述的管板焊焊接方法的步骤。
166.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
167.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为名称。
168.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器镜像(read only memory image，rom)/随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
169.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。