一种磨抛工业机器人实时在线编程系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种磨抛工业机器人实时在线编程系统及方法，其使用线结构光视觉传感器对待磨抛工件实时三维重建并生成相应的工业机器人磨抛程序交由工业机器人执行，减少应用工作环节，提高了工业机器人的磨抛效率；适应待磨抛工件不同的形状、位置，真正实现工件磨抛的自动化、智能化。

A Real-time Online Programming System and Method for Grinding and Polishing Industrial Robot

The present invention relates to a real-time on-line programming system and method for grinding and polishing industrial robot, which uses line structured light vision sensor to reconstruct real-time three-dimensional grinding workpiece and generate corresponding grinding and polishing program for industrial robot to be executed by industrial robot, reduces application work links, improves grinding and polishing efficiency of industrial robot, adapts to different shapes and positions of grinding and polishing workpiece, and truly Realize the automation and intellectualization of workpiece grinding and polishing.

【技术实现步骤摘要】
一种磨抛工业机器人实时在线编程系统及方法
本专利技术涉及工业机器人磨抛控制领域，尤其涉及一种磨抛工业机器人实时在线编程系统和方法。
技术介绍
目前，基于工业机器人的自动化是兼顾生产效率和适应性的最佳解决方案。已广泛应用于航空航天、汽车、机械加工制造、电子电气、食品生产等工业领域，其中应用于机械加工制造中，焊接(包括点焊、弧焊)、喷漆、装配和搬运等技术经过长期研究与应用，已十分成熟，在实际应用中占有愈加重要的地位。机器人应用于磨抛领域正在兴起与高速发展，目前已应用于有机玻璃材质的飞机窗、步枪机匣表面、模具磨抛、航空船舶叶片磨抛、竹木家具等方面。工业机器人是一种可编程的机械装置，针对某一领域的工业机器人应用的编程难度大、耗时耗财。目前在实际工业应用和研究中，工业机器人编程主要有三种方式：在线示教、离线编程以及使用增强现实技术机器人编程(RPAR)。在线示教缺点日益凸显，离线编程相比在线示教时间极大减少，但其仍然需要大量的离线生成程序和在线调整时间，并且，由于离线环境与实际环境的差异，很难做到完美应用，所以，结合视觉、力传感器的在线编程技术作为编程技术的一大发展方向，越来越受到研究人员的重视。其中，视觉传感器由于非接触式、可视化、适应性强等优势将有极大的发展。目前，结合视觉的工业机器人磨抛研究、应用较少，中国专利《一种基于视觉信息的工业机器人磨削系统及方法》(201010603399.4)公开了一种基于视觉信息的工业机器人磨削系统及方法，该专利技术采用固定式普通相机，无法多方位采集工件三维结构。有鉴于此，本专利技术人针对上述磨抛工业机器人存在的诸多问题，而深入构思，进而产生本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于线结构光视觉传感器的磨抛工业机器人实时在线编程系统及方法，其提升了工业机器人的磨抛效率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种磨抛工业机器人实时在线编程系统，其包括工业机器人、线结构光视觉传感器、上位机、磨抛工具、待磨抛工件，其中，线结构光视觉传感器和磨抛工具固定于工业机器人末端，工业机器人和待磨抛工件固定于地面或某一工作平台；所述线结构光视觉传感器、工业机器人均通过以太网和上位机连接。所述线结构光视觉传感器由视觉传感器和线状激光发生器组成。所述方法采用如权利要求1所述的一种磨抛工业机器人实时在线编程系统实现，其具体包括以下步骤：步骤S0、标定线结构光视觉传感器以及标定磨抛工具；采用传统的四点标定工具法来标定磨抛工具，获取工具末端坐标系在机器人末端坐标系中的空间位姿齐次变换矩阵T；标定线结构光视觉传感器具体如下：步骤S01、标定相机坐标系和激光平面坐标系；将标定板垂直于相机光轴固定，调整相机参数，使标定板在相机视野内成像清晰；工业机器人使相机绕相机光轴旋转，并在保持相机成像清晰的前提下调整相机至标定板的距离，运动到激光平面与标定板相交，取线上一点D，此时关闭激光拍摄一张照片一；重复上述运动，使激光平面与标定板相交，取点E，此时关闭激光拍摄一张照片二；重复上述运动，使激光平面与标定板相交取点F，此时关闭激光拍摄一张照片三；最后，关闭激光，工业机器人进行多次移动、拍照使标定板覆盖视野区域；使用所有标定板照片按传统方式标定出相机内参，同时，分别设置照片一、照片二和照片三中标定板坐标系为相机外参一、外参二和外参三，并获得相应的外参一、外参二和外参三中的原点坐标，通过所述三个原点坐标确定激光平面坐标系，即求出激光平面坐标系在相机坐标系中的位姿转换关系C；步骤S02、标定机器人末端到激光平面坐标系的手眼转换关系；使用传统三点法对步骤S01中的固定标定板标定工件坐标系，记为B，工业机器人使激光坐标系与标定板坐标系B重合，并记录下此时机器人末端的位姿，记为R，则机器人末端坐标系到激光平面坐标系的转换关系为：步骤S1、对待磨抛工件进行实时三维重建，具体如下：机器人夹持线结构光视觉传感器绕待磨抛工件旋转，并记录当前机器人末端在机器人基坐标系中的位姿然后对每次拍摄到打在待磨抛工件表面的激光线进行离散，照片像素点经过S01步得到的激光平面坐标系在相机坐标系中的位姿转换关系C转换得到所述表面离散点在激光平面坐标系中的位姿，记为Tc，利用步骤S0标定的机器人末端坐标系到激光平面坐标系的位姿为C6T，将在激光平面坐标系中的待磨抛工件5的位姿Tc转换为机器人基坐标系中的待磨抛工件5三维位姿Tb为：步骤S2、工业机器人程序实时在线生成，将步骤S1得到的机器人基坐标系中的待磨抛工件表面的三维位姿Tb转换为相应的工业机器人程序，同时，将机器人工具坐标系设置为磨抛工具T，将工业机器人程序发送至工业机器人，工业机器人执行该程序。采用上述方案后，本专利技术具有以下有益效果：第一、基于线结构光视觉传感器实时获取工件的表面点位姿，不需要机器人离线编程过程和在线调整过程，进一步做到工业机器人磨抛自动化、智能化，极大提升效率；第二、基于线结构光视觉传感器实时获取工件的表面点位姿，允许工件在一定范围内变动位置和三维形状，极大增加磨抛的适应性，尤其适用于多品种、多尺寸的工件磨抛加工；第三、本专利技术将传感器与工业机器人结合，实现磨抛加工自动化、智能化，同时，在上位机实现可视化。附图说明图1是本专利技术实施例的基于线结构光视觉传感器的磨抛工业机器人实时在线编程系统组成示意图；图2是本专利技术实施例的基于线结构光视觉传感器的磨抛工业机器人实时在线编程方法流程示意图；图3是本专利技术实施例的线结构光视觉传感器标定示意图；图4是本专利技术实施例的机器人末端坐标系到激光平面坐标系的手眼转换关系标定示意图；图5为本专利技术实施例的待磨抛工件在机器人基座标系中的三位位姿转换示意图。图中：1、工业机器人；2、线结构光视觉传感器；21、线状激光发生器；22、视觉传感器；3、上位机；4、磨抛工具；5、待磨抛工件；6、标定板。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本
技术实现思路
进行详述。如图1所示，本专利技术揭示了一种磨抛工业机器人实时在线编程系统，该系统主要组成部分包括工业机器人1、线结构光视觉传感器2、上位机3、磨抛工具4、待磨抛工件5，其中，线结构光视觉传感器2和磨抛工具4固定于工业机器人1末端，工业机器人1和待磨抛工件5固定于地面或某一工作平台。图1所示实施例的工业机器人1使用华数六关节机器人HSR‐JR620Ⅱ机器人，当然也可采用其他类型工业机器人，线结构光视觉传感器2使用基恩士LJ‐V7080在线三维检测视觉系统，或其他经过校准的线结构光视觉传感器，工业机器人与线结构光视觉传感器均提供SDK二次开发接口函数，上位机则使用VC++语言编程、编译。线结构光视觉传感器2、工业机器人1均通过以太网和上位机3连接，上位机3通过调用工业机器人1、线结构光视觉传感器2的SDK二次开发接口函数实现数据交换，完成控制、监控、文件传输等功能。线结构光视觉传感器2由视觉传感器22和线状激光发生器21组成，使用前，视觉传感器22内参、外参以及线状激光发生器21参数已标定。视觉传感器22内参包括相机焦距、主点、畸变系数等，视觉传感器22外参包括相机在世界坐标系中的位置、姿态，线状激光发生器21结构参数包括光平面相对相机的位置，视觉传感器内参、外参以及线状激光发生器结构参数标定均为现有技术，不再赘述。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磨抛工业机器人实时在线编程系统，其特征在于：包括工业机器人、线结构光视觉传感器、上位机、磨抛工具、待磨抛工件，其中，线结构光视觉传感器和磨抛工具固定于工业机器人末端，工业机器人和待磨抛工件固定于地面或某一工作平台；所述线结构光视觉传感器、工业机器人均通过以太网和上位机连接。

【技术特征摘要】
1.一种磨抛工业机器人实时在线编程系统，其特征在于：包括工业机器人、线结构光视觉传感器、上位机、磨抛工具、待磨抛工件，其中，线结构光视觉传感器和磨抛工具固定于工业机器人末端，工业机器人和待磨抛工件固定于地面或某一工作平台；所述线结构光视觉传感器、工业机器人均通过以太网和上位机连接。2.根据权利要求1所述的一种磨抛工业机器人实时在线编程系统，其特征在于：所述线结构光视觉传感器由视觉传感器和线状激光发生器组成。3.一种磨抛工业机器人实时在线编程方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求1所述的一种磨抛工业机器人实时在线编程系统实现，其具体包括以下步骤：步骤S0、标定线结构光视觉传感器以及标定磨抛工具；采用传统的四点标定工具法来标定磨抛工具，获取工具末端坐标系在机器人末端坐标系中的空间位姿齐次变换矩阵T；标定线结构光视觉传感器具体如下：步骤S01、标定相机坐标系和激光平面坐标系；将标定板垂直于相机光轴固定，调整相机参数，使标定板在相机视野内成像清晰；工业机器人使相机绕相机光轴旋转，并在保持相机成像清晰的前提下调整相机至标定板的距离，运动到激光平面与标定板相交，取线上一点D，此时关闭激光拍摄一张照片1；重复上述运动，使激光平面与标定板相交，取点E，此时关闭激光拍摄一张照片2；重复上述运动，使激光平面与标定板相交取点F，此时关闭激光拍摄一张照片3；最后，关闭激光，工业机器人进行多次移动、拍照使标定板覆盖视野区域；使...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄全杰，陈达伟，谢一首，谭欢，元波，王平江，冯少平，沈荣敏，
申请(专利权)人：泉州华中科技大学智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35