一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统，包括相机、计算机、姿态示教器、物理机器人单元、AR示教单元和虚拟机器人模型；所述物理机器人单元包括物理机器人控制器和物理机器人；所述物理机器人控制器用于控制物理机器人运动；所述相机设置于物理工作环境下并与所述计算机通信连接，用于采集物理机器人和物理工作环境的图像至所述计算机；所述姿态示教器由示教人员握持操作，产生姿态数据并发送至所述计算机；所述AR示教单元包括位于物理工作环境中的AR注册卡和运行于计算机中的增强现实注册模块、被加工产品模型、路径规划单元、姿态示教单元、虚实空间融合单元和虚实碰撞检测模块；所述虚拟机器人模型运行于所述计算机中。

A teaching system and method of industrial robot based on Augmented Reality Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统及方法
本专利技术涉及一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统及方法，属于智能制造领域，尤其涉及工业机器人示教编程。
技术介绍
工业机器人编程是影响机器人使用的关键，近些年基于增强现实技术的工业机器人示教逐步受到产业界重视。现有的基于增强现实技术的工业机器人示教均是机器人是虚拟的，工作环境是真实的，这种示教方式适用于生产线设计阶段，通常用于机器人工作站的设计、规划和编程。但在柔性制造和个性化定制生产中，通常是在已有产线或者机器人工作站的情况下，频繁改变所生产的产品，需要进行产品工装夹具结构设计、工装夹具在工作台上安装方位的规划，以及工业机器人编程及程序验证等，所以现有的基于增强现实技术的工业机器人示教无法适应这样复杂的工作环境。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，在增强现实环境中验证产品工装夹具结构设计是否合理，规划工装夹具在工作台上的安装方位，生成并验证工业机器人程序，本专利技术专利技术一种于增强现实技术的工业机器人示教系统及方法，将机器人作为真实的，而将工作环境(如被加工件、工装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统，其特征在于：/n包括相机(10)、计算机(20)、姿态示教器(30)、物理机器人单元、AR示教单元和虚拟机器人模型；/n所述物理机器人单元包括物理机器人控制器(40)和物理机器人(50)；所述物理机器人(50)自设置有物理机器人基坐标系；所述物理机器人控制器(40)分别与所述物理机器人(50)和计算机(20)连接，所述物理机器人控制器(40)用于控制物理机器人(50)运动，并获取物理机器人(50)的运动轨迹；/n所述相机(10)设置于物理工作环境下并与所述计算机(20)通信连接，用于采集物理机器人(50)和物理工作环境的图像至所述计算机(20)；/...

【技术特征摘要】
1.一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统，其特征在于：
包括相机(10)、计算机(20)、姿态示教器(30)、物理机器人单元、AR示教单元和虚拟机器人模型；
所述物理机器人单元包括物理机器人控制器(40)和物理机器人(50)；所述物理机器人(50)自设置有物理机器人基坐标系；所述物理机器人控制器(40)分别与所述物理机器人(50)和计算机(20)连接，所述物理机器人控制器(40)用于控制物理机器人(50)运动，并获取物理机器人(50)的运动轨迹；
所述相机(10)设置于物理工作环境下并与所述计算机(20)通信连接，用于采集物理机器人(50)和物理工作环境的图像至所述计算机(20)；
所述姿态示教器(30)与所述计算机(20)通信连接，由示教人员握持操作，产生姿态数据并发送至所述计算机(20)；
所述AR示教单元包括位于物理工作环境中的AR注册卡(60)和运行于计算机(20)中的增强现实注册模块、被加工产品模型(61)、路径规划单元、姿态示教单元、虚实空间融合单元和虚实碰撞检测模块；所述增强现实注册模块用于通过AR注册卡(60)对被加工产品模型(61)进行增强现实注册；所述被加工产品模型(61)包括被加工件三维模型和使用的工装夹具三维模型；所述路径规划单元用于规划所述被加工产品模型(61)的加工路径；所述姿态示教单元用于根据所述姿态数据规划物理机器人(50)末端执行器的姿态；所述虚实碰撞监测模块用于检测所述虚拟机器人模型是否会发生碰撞；所述虚实空间融合单元用于获取AR注册卡的坐标系与物理机器人基坐标系之间的转换矩阵；
所述虚拟机器人模型运行于所述计算机(20)中，包括机器人三维模型、机器人正运动学模型、机器人逆运动学模型，其中机器人三维模型中包含设置于机器人关节上的DOF节点。


2.根据权利要求1所述的一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统，其特征在于：所述姿态示教器(30)包括信号处理单元(31)以及与所述信号处理单元(31)连接的惯性测量单元(32)、开关按钮输入单元(33)、无线通信单元(34)和界面显示单元(35)；所述惯性测量单元(32)内置的惯性传感器测量出姿态示教器(30)在东北天坐标系下的姿态数据；所述开关按钮输入单元(33)将按钮设定的参数信息传送给信号处理单元(31)；所述界面显示单元(35)实时显示姿态示教器(30)的工作状态及工作数据；参数信息和姿态数据经所述信号处理单元(31)处理后由无线通信单元(34)发送至计算机(20)。


3.根据权利要求1所述的一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统，其特征在于：所述路径规划单元和所述姿态示教单元运行在计算机(20)上，并能加载显示被加工产品模型(61)，建立被加工产品模型局部坐标系；
所述路径规划单元的工作过程如下：示教人员在被加工产品模型(61)上采用计算机交互设备交互选择机器人末端执行器的一系列路径点，从而在被加工产品模型(61)的局部坐标系中定义所述被加工产品模型(61)的加工路径点坐标Pi(xi,yi,zi)，其中i表示路径点的数目；
所述姿态示教单元的工作过程如下：示教编程人员操作所述姿态示教器(30)，生成姿态数据，所述计算机(20)按顺序读取各所述路径点的三维坐标Pi(xi,yi,zi)，并按照一定的速度驱动虚拟的机器人末端执行器沿着规划的路径运动，与此同时所述姿态示教单元实时接收姿态示教器(30)的姿态数据，规划机器人末端执行器的姿态，获得一系列的姿态Oi(ai,bi,ci)。


4.根据权利要求3所述的一种基于增强现实技术的工业机器人示教系统，其特征在于，所述增强现实注册模块的工作过程如下：
所述相机(10)实时采集物理机器人(50)和物理工作环境的图像至所述计算机(20)，所述增强现实模块根据采集的图像计算AR注册卡的坐标系OA-XAYAZA到相机坐标系OC-XCYCZC的转换矩阵以所述转换矩阵设置虚拟世界中虚拟相机位置，并将被加工产品模型(61)叠加在相机图像中AR注册卡(60)的位置，使被加工产品模型局部坐标系与AR注册卡坐标系OA-XAYAZA重合。


5.根据权利要求4所述的一种基于增强现...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成军，丁旭彤，潘勇，李东年，洪军，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37