一种基于增强现实技术的机器人示教装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于增强现实技术的机器人示教装置，当摄像头将捕获的示教器的三维位姿传入到计算机处理装置中，利用装置中的三维渲染显示软件将此位姿数据进一步计算，获得示教操作模型尾端的三维位姿数据；将所述示教操作模型末端的三维位姿数据传入到终端显示装置中，后者将位姿数据赋值给装置中负责描绘运动路径轨迹的虚拟机械臂，进行路径显示，提示操作者已完成的轨迹规划情况。实施本实用新型专利技术的有益效果是，利用虚拟机械臂模拟真实机械臂在实际工作过程中的运动轨迹，提示操作员已规划的机器人路径信息，简化机器人示教的过程；且对示教器从多个角度进行三维位姿捕捉，提高了捕捉精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增强现实技术的机器人示教装置
本技术涉及机器人示教领域，更具体地说，涉及一种基于增强现实技术的机器人示教装置。
技术介绍
随着《中国制造2025》的推出，机器人行业得到了飞速发展，工业机器人市场前景非常广阔，工业机器人相关领域具有极高的研究价值。增强现实是指将虚拟模型准确的注册到现实的场景之中,对虚拟物体和真实环境进行虚实融合的技术，增强现实技术可以使操作者同时感觉到真实世界和虚拟世界。机器人示教是指对机器人的作业任务进行编程的过程，其主要功能是规划机器人的作业方式和作业流程，是机器人领域的一项重要研究内容。随着工业机器人工作环境多样化和完成任务复杂化的日益加剧，需要人们设计出新的示教方式，以满足现代的生产要求。为此本技术提出基于增强现实技术进行机器人示教的方法。增强现实示教的示教过程是在真实环境下进行的，可以实现动态环境下的示教，并具有建模工作量小、沉浸感强、示教过程真实自然的优点。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种基于增强现实技术的机器人示教系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种基于增强现实技术的机器人示教装置，包括设于示教台上的真实机器臂和示教器，以及用于捕捉并传输示教器运动轨迹数据的若干台摄像机；所述机器人示教装置还包括依次连接的计算机处理装置和终端显示装置；其中：所述示教器上设有若干个标志物和设于示教器尾端的示教操作模型；其中，所述标志物，用于标识示教器，使得示教器在运动的过程中，能够被所述动作捕捉装置捕捉到；>所述计算机处理装置连接到每台摄像机上，用于接收示教器运动轨迹数据，并根据接收到的数据进一步计算出示教器的三维位姿坐标位置；其中经过处理后的数据会进一步传输到终端显示装置；所述终端显示装置，用于制作虚拟机械臂，并根据接收到的数据，将所述虚拟机械臂与所述真实机械臂进行虚实融合，通过所述虚拟机械臂对示教器的运动轨迹进行显示。进一步的，所述若干个标志物构成一个标志物刚体，摄像机在工作时，对所述标志物刚体质心的三维坐标点进行捕捉，根据捕捉到的数据，进一步计算得到示教器的三维位姿坐标点。进一步的，所述标志物设为反光的球体，通过所述反光的球体来标识示教器，使得示教器在运动的过程中，能够被摄像机捕捉到。进一步的，在计算机处理装置中采用三维渲染显示系统软件，对每台摄像机传来的数据进行处理，并将处理后的数据传输到终端显示装置中。进一步的，终端显示装置为带有摄像头的显示终端。进一步的，终端显示装置为平板电脑、笔记本电脑或台式计算机，通过所述终端显示装置对示教器的运动轨迹进行高亮显示。在本技术所述的一种基于增强现实技术的机器人示教装置中，通过动作捕捉装置获取示教器运动轨迹，将示教器轨迹的三维位姿进行进一步计算，通过三维渲染显示系统软件生成高亮显示的全息路线，在显示终端中进行显示，进而提示操作者规划好的机器人运动轨迹。实施本技术的一种基于增强现实技术的机器人示教装置，具有以下有益效果：1、使用SIFT算法对虚拟机械臂进行识别和定位，然后通过OpenGL将虚拟机械臂和运动轨迹叠加到终端显示装置的摄像头图像下，实现增强现实显示，用于提示操作员已规划的机器人路径信息，简化机器人示教的过程；2、通过使用摄像头对示教器从多个角度进行三维位姿捕捉，提高了捕捉精度。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1是机器人示教装置的结构原理图；图2是实现机器人示教的方法流程图；图3是操作对象结构图；图4是示教器结构图；图5是多台摄像机的空间结构设置图。具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本技术的具体实施方式。本实施例中，以激光焊接为例，对本技术公开的一种机器人示教装置进行详细说明。请参考图1，其为机器人示教装置的结构原理图，本技术公开的一种基于增强现实技术的机器人示教装置，包括示教器L1、若干台摄像机L2、计算机处理装置L3、终端显示装置L4和真实机器臂L5，其中：本实施例中，所述示教器上设有八个标志物，其中，八个标志物构成一个标志物刚体；在示教器的尾端设有示教操作装置，由于在进行激光焊接的过程中，在真实机械臂的末端，挟持有一只激光笔，本实施例中所述示教操作装置采用激光笔模型，由其代替机械臂激光笔，进而模拟了真实的工作环境；为避免在示教过程中，所述示教器被焊接物遮挡，而无法被摄像机捕捉到的弊端，本实施例中，在每个标志物与示教器之间，固定一标志物延伸杆，对标志物进行空间延伸；本实施例中，所述标志物设为反光的球体，所述球体用于标识示教器，使得示教器在运动的过程中，能够被摄像机捕捉到。所述摄像机L2用于捕捉并传输示教器运动轨迹数据；本实施例中，利用六个动作捕捉摄像头，对标志物刚体质心的三维坐标位置进行实时和无死角的捕捉；其中，摄像头的分辨率均为：1280×1024，最大帧速：240FPS。所述计算机处理装置L3，用于接收示教器运动轨迹数据，并根据接收到的数据进一步计算出示教器的三维位姿坐标位置；其中，经过处理后的数据会进一步传输到终端显示装置L4；本实施例中，考虑在计算机处理装置L3中利用三维渲染显示系统软件，对摄像机传来的数据进行处理，其中，通过摄像机传来的标记物刚体质心的三维位姿坐标点，计算激光笔模型端点的三维位姿坐标点，具体的计算公式为：其中，tx、ty和tz分别是标记物刚体质心的三维位姿坐标点，mx、my和mz分别是激光笔模型尾端的三维位姿坐标点，k是激光笔模型尾端与标记物刚体质心之间的距离，x、y和z分别是标记物刚体质心与坐标系之间的夹角角度；本实施例中，根据计算机处理装置L3记录下激光笔模型尾端的三维位姿坐标点mx、my和mz，以及标记物刚体质心与坐标系之间的夹角角度x、y和z，利用该组信息通过离线方式生成实体工业机器人作业的可执行代码，通过无线或有线网络将上述可执行代码传输到实体工业机器人的控制器之中，进一步控制真实机械臂的运动方向；其中，计算机处理装置L2记录的内容均记录在寄存器之中。所述终端显示装置L5，用于对示教器的运动轨迹进行显示。本实施例中考虑在平板电脑中，对示教器的运动轨迹进行高亮显示；其中，在平板电脑中，利用OPENGL软件制作虚拟机械臂，根据接收到的示教器三维位姿数据，将虚拟机械臂与所述真实机械臂进行虚实融合，使得操作员从显示终端中，更直观的从平板电脑上看到真实机械臂的实际工作情况；在对示教器的运动轨迹进行高显示前，需对显示终端的摄像头的坐标位置进行标定；并将标定后的摄像头坐标位置与示教器的三维位姿坐标位置进行统一。请参考图2，其为实现机器人示教的方法流程图，其中，具体包括以下步骤：S1、示教器模拟激光笔工作，设有的6个摄像头开始对示教器的运动轨迹进行捕捉；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增强现实技术的机器人示教装置，包括设于示教台上的真实机器臂和示教器，以及用于捕捉并传输示教器运动轨迹数据的若干台摄像机；其特征在于，所述机器人示教装置还包括依次连接的计算机处理装置和终端显示装置；其中：/n所述示教器上设有若干个标志物和设于示教器尾端的示教操作模型；其中，所述标志物，用于标识示教器，使得示教器在运动的过程中，能够被所述动作捕捉装置捕捉到；/n所述计算机处理装置连接到每台摄像机上，用于接收示教器运动轨迹数据，并根据接收到的数据进一步计算出示教器的三维位姿坐标位置；其中经过处理后的数据会进一步传输到终端显示装置；/n所述终端显示装置，用于制作虚拟机械臂，并根据接收到的数据，将所述虚拟机械臂与真实机械臂进行虚实融合，通过所述虚拟机械臂对示教器的运动轨迹进行显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于增强现实技术的机器人示教装置，包括设于示教台上的真实机器臂和示教器，以及用于捕捉并传输示教器运动轨迹数据的若干台摄像机；其特征在于，所述机器人示教装置还包括依次连接的计算机处理装置和终端显示装置；其中：
所述示教器上设有若干个标志物和设于示教器尾端的示教操作模型；其中，所述标志物，用于标识示教器，使得示教器在运动的过程中，能够被所述动作捕捉装置捕捉到；
所述计算机处理装置连接到每台摄像机上，用于接收示教器运动轨迹数据，并根据接收到的数据进一步计算出示教器的三维位姿坐标位置；其中经过处理后的数据会进一步传输到终端显示装置；
所述终端显示装置，用于制作虚拟机械臂，并根据接收到的数据，将所述虚拟机械臂与真实机械臂进行虚实融合，通过所述虚拟机械臂对示教器的运动轨迹进行显示。


2.根据权利要求1所述的机器人示教装置，其特征在于，所述若干个标志...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐迟，刘翊，关泽彪，洪鑫，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北;42