[發明專利]一種機器人示教編程系統及方法

有效

• 申請號: 201710691832.6
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107309882B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 陳成軍;張石磊;李東年;洪軍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00;B25J9/16
• 代理公司: 福州科揚專利事務所 35001
• 代理人: 嚴歡

本發明涉及一種機器人示教編程系統，包括示教系統、位姿跟蹤系統、物理機器人系統以及計算機；示教系統中，手持式示教工具連接示教控制器，示教數據采集器分別連接示教控制器和計算機；位姿跟蹤系統中，攝像機組、位姿計算單元以及計算機順次連接，跟蹤標識物固定于手持式示教工具上；物理機器人系統中，物理機器人、物理機器人控制器和計算機順次連接。本發明還提供一種機器人示教編程方法，通過建立坐標系、交互教示、數據后處理以及物理機器人控制實現示教編程。本發明的優點在于：通過一線工人使用手持式示教工具交互完成示教編程，編程方便且將示教人員的經驗和技能體現在程序中，還能夠進行增強現實仿真，及時發現機器人與工作場景的干涉。

技術領域

本發明涉及一種機器人示教編程系統及方法，屬于計算機控制與機器人領域，可用于機器人焊接、涂膠、噴漆、打磨、拋光、裝配等作業用的示教編程。

背景技術

當前機器人在焊接、涂膠、去毛刺、裝配、噴漆等領域中廣泛應用，機器人編程是機器人應用中的關鍵問題之一，當前主要有離線編程和在線示教的方式。離線示教需要在計算機中建立機械手及其工作環境的模型，通過人機交互操作和控制，離線計算和規劃出作業軌跡，在確認無誤后將作業軌跡發送到機械手，實現機械手編程。離線示教方式需要在計算機中建立工作環境的三維模型，需要操作人員具備一定的技術知識，普通工人需要經過長時間的培訓后才能熟練使用。另外離線示教的方式難以將一線工人積累的工藝經驗和知識（如焊接、涂膠、噴漆、打磨等）融入到軌跡規劃中。傳統的示教盒示教和牽引末端示教操作不便，例如，采用體感傳感器追蹤人體骨骼點運動軌跡的方式進行示教編程，示教過程中記錄的是各關節的旋轉角度而不是末端執行器（即手持式示教工具）的方位，而且該類方法也無法將復雜的操作工藝融入到路徑規劃中，有些機器人還不具備牽引示教功能。

同時，現有的編程方法使用難度大、操作不便、對操作人員的專業知識要求高。由于一線工人不能熟練地操作離線編程軟件或示教器進行編程，他們長期積累的一線操作經驗和技能難以融入到機器人操作程序中，機器人的編程效率低。因此當前有些復雜小批量的焊接、涂膠、噴漆、打磨、裝配等操作，仍然依賴經驗豐富的工人手工完成。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種機器人示教編程系統和方法，由一線工人在線示教，通過位姿跟蹤系統和示教系統，將一線工人的操作經驗和技能融入到機器人編程中，且大大提高了機器人編程的效率和方便性，同時，在示教過程中物理機器人不參與，屬于半實物示教。

本發明所采用的技術方案如下：

技術方案一：

一種機器人示教編程系統，包括示教系統、位姿跟蹤系統、物理機器人系統以及計算機；

所述示教系統包括手持式示教工具、示教控制器以及示教數據采集器，所述示教數據采集器用于采集手持式示教工具在被操作部件上操作時的工藝參數，所述手持式示教工具連接示教控制器，所述示教數據采集器分別連接所述示教控制器和計算機；

所述位姿跟蹤系統包括攝像機組、跟蹤標識物以及位姿計算單元，所述攝像機組至少包含兩個攝像機，所述攝像機組固定于所述被操作部件的上方，所述攝像機組連接所述位姿計算單元，所述位姿計算單元連接所述計算機，所述跟蹤標識物固定于所述手持式示教工具上；

物理機器人系統包括物理機器人和物理機器人控制器，所述物理機器人連接所述物理機器人控制器，所述物理機器人控制器連接所述計算機。

更優地，還包括頭戴式增強現實顯示器，所述位姿跟蹤系統還包括注冊標識物，所述頭戴式增強現實顯示器連接所述計算機，所述注冊標識物固定于所述頭戴式增強現實顯示器上。

更優地，所述手持式示教工具的數量為至少一個。

更優地，所述跟蹤標識物為至少個4跟蹤標志點。

更優地，所述跟注冊標識物為至少4個注冊標志點。