一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统及方法，系统包括实体工业机器人、二维码和增强现实眼镜；实体工业机器人包括工业机器人本体与机器人控制器；增强现实眼镜识别工业机器人本体上的二维码，利用识别的二维码位姿，生成与真实机器人重合的虚拟机器人模型；增强现实眼镜连续捕捉虚拟机器人模型的末端位姿，并实时求解机器人各关节轴的转角，同步更新机器人虚拟模型；各关节转角传输至机器人控制器，机器人控制器根据各关节转角控制工业机器人本体关节转角运动。本发明专利技术有助于提高机器人的示教速度，采用基于标志物的三维注册跟踪模块，提高了示教精度，对工业制造加工领域具有较强的借鉴意义。工业制造加工领域具有较强的借鉴意义。工业制造加工领域具有较强的借鉴意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统及方法


[0001]本专利技术属于工业机器人
，具体涉及一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统及方法。

技术介绍

[0002]工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器与人工智能等多种先进技术于一体的自动化装备，广泛应用于柔性制造系统，自动化工厂，智能工厂等重点发展领域。然而由于工业机器人应用领域的不断扩大，传统的使用厂家自带的示教器编程已经难以满足日益增强的编程需求与程序复杂度，为了提高工业机器人示教效率与示教质量，迫切需要一种新型的示教方式；
[0003]增强现实(Augmented Reality，AR)是指透过摄像机影像的位置及角度计算，并加上图像分析技术，使得虚拟世界叠加在真实世界之上，允许用户在真实世界中对虚拟世界进行交互的技术
[3]。增强现实的历史可以回溯到1960年代，由于当时计算机处理能力有限，第一个AR系统只能显示非常简单的线框图，从那时起，AR技术开始逐步发展，1990年，前波音公司Tom Caudell在其设计的辅助布线系统中，首次提出了增强现实这个名词。
[0004]将增强现实技术与工业机器人示教结合在一起，产生了基于增强现实技术的示教方式；基于增强现实技术的示教方式可以大幅度减轻工人学习强度，依靠增强现实技术的强沉浸性与代入感，工人可以轻松的为工业机器人示教，适用于包括焊接作业等加工方法在内的工业制造领域。
[0005]专利号CN110815189A的专利提出了一种基于混合现实的机器人快速示教系统与方法，使用了混合现实眼镜与工业机器人，可以实现快速示教；然而该专利采用识别双手或单手的方式得到虚拟机器人末端位姿，在运行期间具有鲁棒性不高；导致示教的末端精度可靠度不高，除此之外，由于虚拟模型与真实模型不重合，导致其无法直接应用于实际机器人加工，具有较大的局限性。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统及方法。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统，包括：
[0009]实体工业机器人、二维码和增强现实眼镜；
[0010]所述实体工业机器人包括工业机器人本体与机器人控制器；
[0011]所述二维码置于工业机器人本体上，增强现实眼镜识别工业机器人本体上的二维码，利用识别的二维码位姿，生成与真实机器人重合的虚拟机器人模型；
[0012]增强现实眼镜连续捕捉虚拟机器人模型的末端位姿，并实时求解机器人各关节轴
的转角，同步更新机器人虚拟模型；
[0013]各关节转角传输至机器人控制器，机器人控制器根据各关节转角控制工业机器人本体关节转角运动。
[0014]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0015]上述的二维码为QRcode码制二维码。
[0016]所述增强现实眼镜内部包含虚拟机器人模型，虚拟机器人模型上带有虚拟二维码。
[0017]上述的增强现实眼镜与机器人控制器之间利用TCP/IP协议通信。
[0018]上述的增强现实眼镜利用基于标志物的三维跟踪注册模块，在增强现实眼镜内生成与真实机器人重合的虚拟机器人模型。
[0019]上述的增强现实眼镜实时将末端位姿数据输入机器人正逆解模块，求解机器人各关节轴的转角。
[0020]一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教方法，包括以下步骤：
[0021]a)在工业机器人本体上粘贴二维码；
[0022]b)使用增强现实眼镜读取识别二维码获取二维码特征信息；
[0023]c)将步骤b)中获取的二维码特征信息输入基于标志物的三维跟踪注册模块，利用二维码与真实机器人位姿的现实粘贴关系，将虚拟工业机器人模型显示在增强现实眼镜中，并且虚拟机器人与真实机器人位姿完全重合；
[0024]d)增强现实眼镜实时监测步骤c)中的虚拟机器人的末端相对于虚拟机器人基座的位姿信息，工人拖动虚拟末端期间，将位姿连续输入机器人正逆解模块，求解工业机器人的关节角度；
[0025]e)利用步骤d)中求解的各关节角度，实时更新虚拟机器人模型；
[0026]f)利用TCP/IP通信协议，将步骤d)中求解的各关节角度发送至机器人控制器；
[0027]g)机器人控制器内循环执行关节角执行程序，接收到步骤f)中传输的关节数据后，执行发送的关节角位置，驱动机器人本体产生与虚拟机器人同步的运动；
[0028]h)对末端位姿进行精度测量，完成精准示教。
[0029]上述的步骤c)所述基于标志物的三维跟踪注册模块，将捕捉到的二维码特征与虚拟模型上的虚拟二维码做匹配，得到虚拟二维码与真实二维码之间的转换矩阵，将转换矩阵应用到虚拟机器人，使得虚拟机器人与真实机器人完全重合。
[0030]上述的步骤d)中，在工人连续拖动虚拟末端期间，增强现实眼镜通过点位筛选算法会实时检测末端位姿重合度，若此时末端位姿与之前数据相比，重合度差异小于某一阈值，则删除此条数据；若大于阈值则保留。
[0031]上述的点位筛选算法分为笛卡尔空间与关节空间；在笛卡尔空间内，衡量末端位姿差异程度的是两点之间的空间距离；在关节空间内，衡量末端位姿差异程度的是每个关节角度差的平方和。
[0032]上述的步骤h)中，采用面向AR三维跟踪注册领域的精度测量方法，测量出注册误差小于等于1.0mm，则满足精准示教要求。
[0033]本专利技术具有以下有益效果：
[0034]本专利技术有助于提高机器人的示教速度，采用基于标志物的三维注册跟踪模块，提
高了示教精度，对工业制造加工领域具有较强的借鉴意义。
附图说明
[0035]图1为本专利技术中系统构成图；
[0036]图2为本专利技术中方法流程图；
[0037]附图标记为：1：增强现实眼镜、2：工业机器人本体、3：二维码、4：机器人控制器。
具体实施方式
[0038]以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。
[0039]参见图1，一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统，包括：
[0040]实体工业机器人、二维码3和增强现实眼镜1；
[0041]所述实体工业机器人包括工业机器人本体2与机器人控制器4；
[0042]所述二维码3置于工业机器人本体2上，增强现实眼镜1识别工业机器人本体2上的二维码3，利用识别的二维码3位姿，生成与真实机器人重合的虚拟机器人模型；
[0043]增强现实眼镜1连续捕捉虚拟机器人模型的末端位姿，并实时求解机器人各关节轴的转角，同步更新机器人虚拟模型；
[0044]各关节转角传输至机器人控制器4，机器人控制器4根据各关节转角控制工业机器人本体2关节转角运动。
[0045]实施例中，所述二维码3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统，其特征在于，包括：实体工业机器人、二维码和增强现实眼镜；所述实体工业机器人包括工业机器人本体与机器人控制器；所述二维码置于工业机器人本体上，增强现实眼镜识别工业机器人本体上的二维码，利用识别的二维码位姿，生成与真实机器人重合的虚拟机器人模型；增强现实眼镜连续捕捉虚拟机器人模型的末端位姿，并实时求解机器人各关节轴的转角，同步更新机器人虚拟模型；各关节转角传输至机器人控制器，机器人控制器根据各关节转角控制工业机器人本体关节转角运动。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快速精准示教系统，其特征在于，所述二维码为QRcode码制二维码。所述增强现实眼镜内部包含虚拟机器人模型，虚拟机器人模型上带有虚拟二维码。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快速精准示教系统，其特征在于，所述增强现实眼镜与机器人控制器之间利用TCP/IP协议通信。4.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快速精准示教系统，其特征在于，所述增强现实眼镜利用基于标志物的三维跟踪注册模块，在增强现实眼镜内生成与真实机器人重合的虚拟机器人模型。5.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快速精准示教系统，其特征在于，所述增强现实眼镜实时将末端位姿数据输入机器人正逆解模块，求解机器人各关节轴的转角。6.根据权利要求1
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5任一所述的一种基于增强现实技术的工业机器人快速精准示教系统的工业机器人快速精准示教方法，其特征在于，包括以下步骤：a)在工业机器人本体上粘贴二维码；b)使用增强现实眼镜读取识别二维码获取二维码特征信息；c)将步骤b)中获取的二维码特征信息输入基于标志物的三维跟踪注册模块，利用二维码与真实机器人位姿的现实粘贴关系，将虚拟工业机器人模型显示在增...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊山，王忠康，郗凯卓，田威，廖文和，李宇飞，李鹏程，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：