机器人示教记录系统、示教的工艺步骤及其算法流程技术方案

本发明专利技术提供一种高效、适用性强、便捷、成本低、零部件少的机器人示教记录系统，并给出基于该系统的示教方法，属于机器人示教领域。本发明专利技术系统包括由光学信标、IMU传感器、相机、数据融合计算单元、机器人控制柜组成，机器人控制柜为机器人的控制驱动单元，并接收由IMU传感器及视觉融合计算单元输出的数据或文件，相机用于采集信标位置，并通过数据融合计算单元融合IMU数据，数据融合计算单元最后融合输出光学信标的位置、速度、加速度及在对应位置的工艺动作。本发明专利技术提供的示教系统和方法能够应用于以下场合：示教动作及工艺可由示教工人完成，无需增加机器人传感器或者机械结构变更，机器人系统只需要接收外部指令或者外部文件即可。

Robot teaching recording system, process steps of teaching and its algorithm flow

The invention provides a robot teaching recording system with high efficiency, strong applicability, convenience, low cost and few components, and presents a teaching method based on the system, which belongs to the field of robot teaching. The system of the invention includes an optical beacon, IMU, camera, sensor data fusion calculation unit, robot control cabinet, robot control cabinet for controlling the robot drive unit, and received by the IMU sensor and visual fusion calculation unit outputs the data or files, the camera is used to collect the beacon position, and through the data fusion calculation unit IMU data fusion data fusion, position, velocity, and acceleration calculation unit finally fusion output optical beacon in the corresponding position of the action process. The teaching system and method provided by the invention can be applied to the following occasions: the teaching action and process can be completed by a teaching worker, without increasing the robot sensor or the change of mechanical structure, and the robot system only needs to receive external instructions or external files.

【技术实现步骤摘要】
机器人示教记录系统、示教的工艺步骤及其算法流程
本专利技术涉及机器人示教系统的
，尤其涉及一种融合IMU与光学测距传感器的机器人示教记录系统及工艺步骤，以及机器人示教方法的算法流程。
技术介绍
当前的机器人动作，主要通过以下四种方式获得：1、在线编程，即传统的工程师通过示教盒操作机器人记忆点位及工艺动作信息，这一过程通常耗时费力，而且对操作者的知识水平要求较高。2、离线编程，即机器人动作可以利用上位机自动化计算并转换为机器人编程语言，专利文件CN104552300B公开了一种基于示教机器人的离线编程示教装置及方法，可以降低了成本和示教操作难度，但是在很多应用中机器人动作不可预先计算获得，适用性不高。3、交互式编程，即利用辅助工具将工具的输出采用固定的转换将动作转换为机器人执行机构的动作，通常这种方法需要操作手远程操作机器人，人力成本并未减少，且操作手要预防疲劳。4、拖动示教，和在线编程类似，但是工程师不采用示教盒而是直接拖动机器人执行机构记录动作，这一方法比离线编程耗时少，且此方式不需要操作者对机器人的运动学以及控制原理了解。如专利申请文件201710152216.3（申请号）公开了一种工业机器人快速示教装置及其实现方式，在基于六维力/力矩快速示教模式下，直接拖动示教模组进行示教点选取，此方法简单安全，但是通常要求机器人有额外传感器或者执行机构，增加了成本。因此，是否可以设计开发出一种同时具有高效、适用性强、便捷、成本低、零部件少的机器人示教记录系统和对应的示教方法，很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的机器人示教记录系统，实现同时具有高效、适用性强、便捷、成本低、零部件少的有益效果。为达此目的，本专利技术采用一种融合IMU与光学测距传感器的机器人示教记录系统，所述的机器人示教记录系统是由光学信标、IMU传感器、相机、数据融合计算单元、机器人控制柜组成，其中：所述的机器人控制柜为机器人的控制驱动单元，并接收由IMU传感器及视觉融合计算单元输出的数据或文件；所述的光学信标及IMU传感器与示教执行机构固定安装在一起，并由示教工人操作；所述的相机用于采集信标位置，并通过数据融合计算单元融合IMU数据；所述的数据融合计算单元最后融合输出为光学信标的位置、速度、加速度及在对应位置的工艺动作。其中，所述的光学信标的安装位置的个数要求大于三个，且不是全部位于同一直线上。其中，所述的光学信标的安装位置的空间编码既可以是均匀分布，例如四边形、五边形、六边形、八边形等，也可以是随机生成的不均匀分布。其中，所述的示教执行机构由示教工人掌握，且可以与机器人执行机构不一致。其中，所述的工艺动作可以光学信标和IMU传感器，方便同时传送给数据融合计算单元。为实现上述目的，本专利技术还提供一种机器人示教方法的工艺步骤，包括上述的基于机器人示教记录系统，执行以下步骤：步骤S11：安装光学信标在示教工具之上，与示教工具固定连接；步骤S12：安装摄像头并与光学信标连接，完成通讯的初始化，完成摄像机与IMU传感器的坐标标定；步骤S13：连接相机单元与机器人系统，完成“机器人-示教系统”坐标标定；步骤S14：工人示教，系统记录示教工具的位置、速度、加速度、工艺动作信息；步骤S15：光学信标的运动通过相机单元的图像采集处理之后，计算出信标的空间运动轨迹并传输到数据融合计算单元，进行数据的计算、融合和输出；步骤S16：机器人系统复现示教动作；在步骤S16中，所述的复现示教动作可以离线完成，也可在线完成，整个动作和工艺文件在经过机器人系统后处理之后完成。其中，所述的示教方法既可以实时复现，也可以经由工程师手动或者数据处理工具自动修改后执行。为实现上述目的，本专利技术还提供一种机器人示教方法的工艺步骤，包括上述的基于机器人示教记录系统，其特征在于，执行以下步骤：步骤S21安装光学信标在示教工具之上，与示教工具固定连接；步骤S22安装摄像头并与光学信标连接，完成通讯的初始化，完成摄像机与IMU传感器的坐标标定；步骤S23连接相机单元与机器人系统，完成“机器人-示教系统”坐标标定；步骤S24工人示教，系统记录示教工具的位置、速度、加速度、工艺动作信息；步骤S25IMU传感器数据传输至相机单元，相机对采集到的信标运动图像进行计算和处理，数据融合处理单元完成对IMU传感器数据和光学信标运动轨迹数据的融合；步骤S26机器人系统复现示教动作；在步骤S26中，所述的复现动作可以离线完成，也可在线完成，整个动作和工艺文件在经过机器人系统后处理之后完成。其中，所述的示教方法既可以实时复现，也可以经由工程师手动或者数据处理工具自动修改后执行。为实现上述目的，本专利技术还提供一种机器人示教方法的算法流程，包括上述的基于机器人示教记录系统，执行以下流程：打开相机，确认相机的工作情况，打开IMU传感器及光学信标，确认IMU传感器及光学信标的工作情况，标定相机及光学信标，对机器人系统与示教系统进行坐标标定，确认标定情况，开始示教，确认示教完成，结束示教，保存示教文件，通过离线传输数据文件和在线传输姿态数据，将数据传输至机器人系统。本专利技术的有益效果是：1）本专利技术机器人示教记录系统是由IMU传感器及光学信标、相机及数据融合处理单元组成，示教执行相机及数据融合处理单元组成，不再要求机器人有额外传感器或者执行机构，减少基本零部件，降低成本，减少安装工序，提高效率。2）本专利技术对计算单元的位置及接口连接的网络拓扑进行了两种不同的设计，计算单元既可以放在相机单元中，从而数据融合输出通过相机单元与机器人控制系统的数据交换网络完成。或者计算单元放在IMU及光学信标单元中，从而数据融合输出通过IMU传感器及光学信标单元与机器人控制系统的数据交换网络完成，具有更灵活的适用性。3）机器人示教记录系统的的算法流程简单，易懂，可以降低对操作员的知识储备要求，有利于推广机器人的实际应用。4）机器人复现示教工人的动作，只需要将示教工人的动作基本要求记录下来，包括位置、速度、加速度、工艺动作等，将此动作初始相对位置平移至机器人工作位，即可完整复现示教过程，操作便捷。5）本专利技术的光学信标安装位置的空间编码既可以是均匀分布，也可以是随机生成的不均匀分布，安装多样，适用性更强。6）本专利技术记录系统能够应用于以下场合：示教动作及工艺可由示教工人完成，无需增加机器人传感器或者机械结构变更，机器人系统只需要接收外部指令或者外部文件即可，应用广泛、灵活。附图说明图1为本专利技术具体实施方式1的示教系统结构图。图2为本专利技术机器人示教系统的算法流程图。图3为本专利技术具体实施方式2的示教系统结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的结构和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本专利技术，并非以此限定本专利技术的保护范围。以下结合附图，详细描述本专利技术的技术方案：如图1所示，本专利技术的机器人示教记录系统，由光学信标、IMU传感器、相机、数据融合计算单元及机器人控制柜组成，其中：所述的机器人控制柜为机器人的控制驱动单元，并接收由IMU传感器及视觉融合计算单元输出的数据或文件；所述的光学信标及IMU传感器与示教执行机构固定安装在一起，并由示教工人操作；所述的相机用于采集信标位置，并通过数据融合计算单元融合IMU传感器数据；所述的数据融合计算单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合IMU与光学测距传感器的机器人示教记录系统，其特征在于，所述的机器人示教记录系统是由光学信标、IMU传感器、相机、数据融合计算单元、机器人控制柜组成，其中：所述的机器人控制柜为机器人的控制驱动单元，并接收由IMU传感器及视觉融合计算单元输出的数据或文件；所述的光学信标及IMU传感器与示教执行机构固定安装在一起，并由示教工人操作；所述的相机用于采集信标位置，并通过数据融合计算单元融合IMU数据；所述的数据融合计算单元最后融合输出为光学信标的位置、速度、加速度及在对应位置的工艺动作。

【技术特征摘要】
1.一种融合IMU与光学测距传感器的机器人示教记录系统，其特征在于，所述的机器人示教记录系统是由光学信标、IMU传感器、相机、数据融合计算单元、机器人控制柜组成，其中：所述的机器人控制柜为机器人的控制驱动单元，并接收由IMU传感器及视觉融合计算单元输出的数据或文件；所述的光学信标及IMU传感器与示教执行机构固定安装在一起，并由示教工人操作；所述的相机用于采集信标位置，并通过数据融合计算单元融合IMU数据；所述的数据融合计算单元最后融合输出为光学信标的位置、速度、加速度及在对应位置的工艺动作。2.根据权利要求1中所述的机器人示教记录系统，其特征在于，所述的光学信标的安装位置的个数要求大于三个，且不是全部位于同一直线上。3.根据权利要求1中所述的机器人示教记录系统，其特征在于，所述的光学信标的安装位置的空间编码既可以是均匀分布，例如四边形、五边形、六边形、八边形等，也可以是随机生成的不均匀分布。4.根据权利要求1中所述的机器人示教记录系统，其特征在于，所述的示教执行机构由示教工人掌握，且可以与机器人执行机构不一致。5.根据权利要求1中所述的机器人示教记录系统，其特征在于，所述的工艺动作可以加上时间标记或者空间位置标记，方便同时传送给数据融合计算单元。6.一种机器人示教方法的工艺步骤，包括上述权利要求1至5任一项所述的基于机器人示教记录系统，其特征在于，执行以下步骤：步骤S11：安装光学信标在示教工具之上，与示教工具固定连接；步骤S12：安装摄像头并与光学信标连接，完成通讯的初始化，完成摄像机与IMU传感器的坐标标定；步骤S13：连接相机单元与机器人系统，完成“机器人-示教系统”坐标标定；步骤S14：工人示教，系统记录示教工具的位置、速度、加速度、工艺动作信息；步骤S15：学信标的运动通过相机单元的图像采集处理之后，计算出信标的空间运动轨迹并传输到数据融合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬军，
申请(专利权)人：安易智友科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44