[發明專利]基于增強現實的機器人運動軌跡自動編程系統及方法

有效

• 申請號: 201810209532.4
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108481323B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 鄒怡蓉;劉佳君;吳哲明;馬明星;李培旭
• 申請（專利權）人: 清華大學天津高端裝備研究院洛陽先進制造產業研發基地
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B23K37/00
• 代理公司: 洛陽華和知識產權代理事務所(普通合伙) 41203
• 代理人: 劉亞莉

本發明涉及一種基于增強現實的機器人運動軌跡自動編程系統及方法，可廣泛應用于機器人自動化領域。本發明闡述了基于增強現實的機器人運動軌跡自動編程系統所包含的設備組成；基于以上設備首先在增強現實的輔助下完成待加工工件的粗定位；之后利用快速示教通過機器人末端執行器接觸待加工工件采集一系列特征點，然后通過特征點與虛擬工件三維模型上對應棱邊或面的匹配，得到工業機器人基坐標系與虛擬工件坐標系之間的轉換矩陣，進而得到工業機器人運動軌跡。本發明能夠實現快速示教下的自動編程，能適用于任意形狀、位姿的待加工工件，較之現有的在線示教或離線編程方法有明顯優勢，在適應性和高效性方面達到柔性制造的要求。

技術領域

本發明涉及一種基于增強現實的機器人運動軌跡自動編程系統及方法，可廣泛應用于機器人自動化生產領域。

背景技術

機器人焊接在制造業升級改造過程中得到了越來越廣泛的應用，通常通過離線編程或在線示教的方法在焊前對焊接機器人末端夾持的焊槍位置、姿態、移動速度、運動軌跡等進行規劃，保證焊接質量。

離線編程是基于精確的機器人模型、工具坐標系和工件坐標系模型，實現實際加工路徑的規劃，在實際生產中因機器人模型、結構化加工環境等的精度達不到要求而面臨困難；在線示教是由工人手動操作機器人逐點記錄軌跡，并在正式作業時重復所記錄的軌跡，因耗時長、技術門檻高、效率低等問題使得在生產實際中無法滿足壓縮時間成本和人力成本的要求。機器人焊接自動化急需發展一種生成軌跡精度高、直觀性強、易操作的自動編程方法。

現有技術文獻

公告號為CN104057453B的專利提出了一種利用增強現實手動進行軌跡修正的方法，通過增強現實的交互操作，在虛擬空間內根據避障、路徑精度等要求對軌跡進行手動修正；

公開號為CN107309882A的專利提出了一種利用增強現實技術讓工人手持示教工具在工件上實施軌跡及姿態示教的方法，在增強現實中生成虛實融合的工作場景，以便進行軌跡調校。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種基于增強現實（AR）的機器人運動軌跡自動編程系統及方法，借助增強現實技術實現復雜空間焊縫的焊接軌跡自主生成。

為實現上述目的，本發明提出一種基于增強現實的機器人運動軌跡自動編程系統，包括示教系統、機器人系統、數據處理系統8以及待加工工件，

示教系統包括頭盔式增強現實顯示裝置7、攝像機系統9，頭盔式增強現實顯示裝置7模擬增強現實場景，疊加虛擬工件的三維模型；攝像機系統9布置在現實場景的上方；

機器人系統包括手持式機器人控制面板1、機器人控制器2、工業機器人3、跟蹤傳感器，手持式機器人控制面板1輸入信息至機器人控制器2，機器人控制器2輸出控制工業機器人3動作；工業機器人3上裝設有末端執行器和跟蹤傳感器，末端執行器用于接觸待加工工件上對應的特征對象，并采集一系列特征點；

跟蹤傳感器、攝像機系統分別與數據處理系統8連接，數據處理系統8與機器人控制器2連接；

待加工工件放置在工作臺基座5上。

為實現上述目的，本發明提出一種基于增強現實的機器人運動軌跡自動編程方法，包括如下步驟：

通過頭盔式增強現實顯示裝置，在視野中疊加顯示虛擬工件的三維模型，將待加工工件調整放置在與三維模型重合的位置。

在增強現實場景中，指定虛擬工件三維模型的一系列特征對象的組合用于模型匹配，所選特征對象的組合能夠唯一確定虛擬工件三維模型的位置與姿態，包括但不限于如下組合：兩條不共面的棱邊、一條棱邊和一個與之不平行且不正交的面、兩個不平行的平面和一條與兩者交線不共面的棱邊。所述棱邊包括直線、圓弧；所述面包括平面、柱面、錐面。