基于三维扫描识别的投影示教枪制造技术

本实用新型专利技术公开基于三维扫描识别的投影示教枪，包括示教枪体和示教工具，所述示教工具安装在示教枪体的前端，示教过程首先通过投影仪投射变化的结构光，双摄像机采集图像，运算处理后获得工件整体三维模型，然后，示教枪前装载伴随示教枪一起移动的示教工具，模仿实际加工过程，手持并移动示教枪进行示教，移动过程中，快速处理和获得示教工具上两定位环和工件部分图像的三维数据，将工件部分图像匹配到已获得的工件整体三维模型中，反向计算出示教工具在各个瞬间的空间位姿，形成精确的轨迹，用以控制工业机械臂。此方法，不需要额外的摄像机和光源，不需要进行命令编程，工具便携，使用简单。

【技术实现步骤摘要】
基于三维扫描识别的投影示教枪
本技术属于示教用具相关
，具体涉及基于三维扫描识别的投影示教枪。
技术介绍
随着科技的发展，机械臂已经被越来越多的企业所使用，直接提高了生产效率和减少了各种生产污染对员工的伤害。然而机械臂往往需要专业的人员进行编程示教，进而提高了工业机械臂应用的门槛和使用成本。市场亟需普通工人也能简单实施示教的示教器。目前市场上主流的机械臂示教器是带屏幕和键盘的手持示教器，可以通过键盘逐行输入移动命令进行示教。这种编程方法，对示教人员要求高，过程繁杂，耗时长，需要能进行编程的专业人员才能实施。另外一种比较常见的是机械臂的末端安装六维传感器手柄，人手推拉六维传感器的时候，机械臂能够按照人拖拉的方向和力度进行移动，然后逐点标定。此方法，减少了对于示教员的技术要求。但是示教过程也是机械臂电机实际运转的过程，出于安全原因，机械臂的跟随动作较慢，而且示教中人和机械臂站在一起，容易发生意外。外加上对机械臂末端的拖拉和工人实际工作中的手法习惯不一样，在轨迹的优化和工作节拍的处理方面比较难以达到最佳状态。因为这些问题，一些新颖的机械臂示教方式逐渐被提出，专利【CN105252538B】提出了用惯性单元设置于示教器本体上，通过惯性单元传感示教器的姿态，从而控制机械臂移动的方案。此方案轻巧，易于携带，但是存在示教时需要复杂的设置和需要通过显示系统人为判断微小移动的问题。以及惯性测量单元测量的数据为积分数据，要求传感器有非常高的精度，外加采集的数据误差会累加，导致示教的数据误差过大，很难满足工业机械臂的示教要求。随着光学三维定位技术的发展，越来越多的基于三维动作识别的示教方法被提出：如专利【CN107063130A】提出了利用光栅投影技术对被测工件进行三维重构，结合二维轮廓提取焊接工件的轮廓三维信息并用于焊接机器人的自动控制。此方法相对方便，精度较高，但是利用这种机器视觉进行运动测量依赖的特征信息可能会被遮挡或特征点不清晰，需要人工处理。这样的处理工作，是需要很高电脑操作能力的示教员才能完成的工作。对于普通低学历操作者来说是极其困难的。目前电脑自动轨迹规划技术也仅限制于一些特殊的应用场合，当有特殊要求，比如用到打磨上，在打磨过程中需要像熟练工人一样不断调整打磨片的角度，自动规划很难实现。专利【CN108214495A】提出一种工业机器人示教系统和方法，该方法使用2个红外激光发射基站进行扫描定位，在手持定位器上设置28个红外光敏传感器来获取手持定位器的空间数据。此方法示教灵活，但是通过接收红外光来计算空间位置，得到的数据不够稳定，示教工具生产装配对精度影响高，使用过程中红外光容易被遮挡，示教环境的布置和系统标定需要较高的技巧性，非普通员工所能实施。专利【CN109848964A】提出一种基于光学动作捕捉的示教机器人数据采集系统，其通过8个专门设计的带闪光灯单元的运动捕捉相机，实时收集作业工具上的反射光来定位作业工具的空间位置。专利【CN110125944A】提出用6个2.5米高的红外摄像机搭建半径为1-3米的环形示教环境。摄像机拍摄带6个反光球体的示教装置，并传输到计算机工作站，由计算机工作站进一步处理得到示教装置的空间坐标。专利【CN110142770A】提出6个动作捕捉摄像机等距离围成边长1.5m的正六边形，对多标志物刚体质心的示教器位置进行实时的捕捉，获得刚体的轨迹，用于示教。以上方式通过在环境中布置多个摄像机，对有特征的示教工具进行运动轨迹捕捉的方式定位精度较高。但是存在以下问题：1、为了保障示教工具不被遮拦，需要在示教空间中布置较多的摄像机，或者需要移动摄像机。摄像机越多，对于图形运算处理的硬件资源要求越高。如何布置摄像机，如何进行调试和标定，对于示教员都有很高的技术要求。布置多摄像机的示教环境，对于示教本身也是非常高的开销。2、基于多摄像机视觉定位的原理，带标记的示教工具离摄像机越远，定位精度越差，而为了方便示教，摄像机只能布置于示教环境四周，限制了示教精度。3，摄像机一般布置于示教环境四周，对于摄像机无法捕捉的区域，比如轮船桨叶等工件有较大暗角的区域，或者是需要示教工具进入内部进行示教的管道区域，摄像机无法拍摄，无法进行正常示教。
技术实现思路
本技术的目的在于提供基于三维扫描识别的投影示教枪，以解决上述
技术介绍
中提出的机械臂示教难度高以及普通员工不能将熟练手法简单传递给机械臂的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：基于三维扫描识别的投影示教枪，包括示教枪体和示教工具，所述示教工具安装在示教枪体的前端，所述示教枪体包括微型投影仪、高速摄像机一、高速摄像机二、触摸屏、主枪柄、主扳机、固定螺丝与接口以及充电口，所述高速摄像机一、高速摄像机二对称固定于微型投影仪的前端两侧，所述触摸屏装设于微型投影仪的后端，所述主扳机装设于主枪柄的前侧上端，所述USB接口开设于微型投影仪的后端左侧外壁上，所述充电口开设于主枪柄的下端左侧外壁上，所述示教工具的后端与微型投影仪通过固定螺丝固定连接，所述示教工具包括主定位环、副定位环、副枪柄、副扳机、位移传感器与安装杆以及可拆卸工具头，所述位移传感器套设于副定位环的内部，所述副定位环与主定位环前后装设于安装杆上，所述可拆卸工具头的后端插接于位移传感器的前端内部，所述安装杆的后端与副枪柄固定连接，所述副扳机装设于副枪柄的前侧上端。优选的，所述主枪柄的内部装填有系统工作使用的可充电电池，所述充电口为示教枪体可充电电池的充电接口。优选的，所述主扳机与主枪柄的连接处装设有角度传感器。优选的，所述主定位环与副定位环均呈带有8根辐条的圆环结构，且各自辐条的相互间隔为45度，所述副定位环的外环直径大于主定位环的外环直径，所述副定位环的8根辐条和主定位环的8根辐条相互错开22.5度。优选的，所述副扳机与副枪柄连接处内置行程开关。优选的，所述可拆卸工具头有示教用工具头一、示教用工具头二与点胶工具头以及焊接工具头多种替换形式，所述示教用工具头一与示教用工具头二内部均装设有弹簧。优选的，所述触摸屏内部装设有进行三维图像处理的计算单元。优选的，所述高速摄像机一与高速摄像机二对示教时工件的图像数据进行采集并获得示教工具上主定位环与副定位环和工件被拍摄到的部分图像的三维数据，将工件部分三维图像匹配到已获得的工件整体三维模型中，获得主定位环与副定位环的空间姿态信息，并反向计算出示教工具在各个瞬间的空间位姿，包含示教工具末端在机械臂基坐标系C1下的绝对坐标x，y，z和示教工具的姿态欧拉角α,β,γ，并将获得的x，y，z和α，β，γ以半透明箭头的形式叠加显示于工件的三维图形上。与现有机械臂示教用具技术相比，本技术提供了基于三维扫描识别的投影示教枪，具备以下有益效果：本技术示教过程首先通过投影仪投射变化的结构光，双摄像机采集图像，运算处理后获得工件整体三维模型，然后，示教枪前装载伴随示教枪一起移动的示教工具，模仿实际加工过程，手持并移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于三维扫描识别的投影示教枪，包括示教枪体(A30)和示教工具(B30)，其特征在于：所述示教工具(B30)安装在示教枪体(A30)的前端，所述示教枪体(A30)包括微型投影仪(A7)、高速摄像机一(A5)、高速摄像机二(A6)、触摸屏(A1)、主枪柄(A3)、主扳机(A9)、固定螺丝(A8)与USB接口(A2)以及充电口(A4)，所述高速摄像机一(A5)与高速摄像机二(A6)对称固定于微型投影仪(A7)的前端两侧，所述触摸屏(A1)装设于微型投影仪(A7)的后端，所述主扳机(A9)装设于主枪柄(A3)的前侧上端，所述USB接口(A2)开设于微型投影仪(A7)的后端左侧外壁上，所述充电口(A4)开设于主枪柄(A3)的下端左侧外壁上，所述示教工具(B30)的后端与微型投影仪(A7)通过固定螺丝(A8)固定连接，所述示教工具(B30)包括主定位环(B1)、副定位环(B4)、副枪柄(B2)、副扳机(B3)、位移传感器(B7)与安装杆以及可拆卸工具头，所述位移传感器(B7)套设于副定位环(B4)的内部，所述副定位环(B4)与主定位环(B1)前后装设于安装杆上，所述可拆卸工具头的后端插接于位移传感器(B7)的前端内部，所述安装杆的后端与副枪柄(B2)固定连接，所述副扳机(B3)装设于副枪柄(B2)的前侧上端。/n...

【技术特征摘要】
1.基于三维扫描识别的投影示教枪，包括示教枪体(A30)和示教工具(B30)，其特征在于：所述示教工具(B30)安装在示教枪体(A30)的前端，所述示教枪体(A30)包括微型投影仪(A7)、高速摄像机一(A5)、高速摄像机二(A6)、触摸屏(A1)、主枪柄(A3)、主扳机(A9)、固定螺丝(A8)与USB接口(A2)以及充电口(A4)，所述高速摄像机一(A5)与高速摄像机二(A6)对称固定于微型投影仪(A7)的前端两侧，所述触摸屏(A1)装设于微型投影仪(A7)的后端，所述主扳机(A9)装设于主枪柄(A3)的前侧上端，所述USB接口(A2)开设于微型投影仪(A7)的后端左侧外壁上，所述充电口(A4)开设于主枪柄(A3)的下端左侧外壁上，所述示教工具(B30)的后端与微型投影仪(A7)通过固定螺丝(A8)固定连接，所述示教工具(B30)包括主定位环(B1)、副定位环(B4)、副枪柄(B2)、副扳机(B3)、位移传感器(B7)与安装杆以及可拆卸工具头，所述位移传感器(B7)套设于副定位环(B4)的内部，所述副定位环(B4)与主定位环(B1)前后装设于安装杆上，所述可拆卸工具头的后端插接于位移传感器(B7)的前端内部，所述安装杆的后端与副枪柄(B2)固定连接，所述副扳机(B3)装设于副枪柄(B2)的前侧上端。


2.根据权利要求1所述的基于三维扫描识...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨渊，杨兆，
申请(专利权)人：通道鹏达炭业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43