一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法技术方案

本发明专利技术属于工业自动化设备技术领域，具体涉及一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法，本发明专利技术的方法包括：TCP标定；手眼标定；计算最佳拍照距离；求误差补偿关系；第一次目标拍照定位；移动3D相机到最佳拍照距离；识别图像中工件的位姿；利用误差补偿关系以及3D相机移动的距离对工件的标定点的位姿进行补偿；计算精度(T'

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法


[0001]本专利技术属于工业自动化识别
，具体涉及一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法。

技术介绍

[0002]传统的机器人示教采用手动操作的方法，逐步调整TCP到相应示教点的位置，再进行记录。这种方法需要大量人工操作，机械臂随时移动，容易发生碰撞，且示教耗时长。
[0003]传统的工业机器人通过人工示教后，对工件进行抓取、加工等，一旦工作环境或者目标对象发生变化，机器人无法及时适应变化，需要人工重新示教，很大程度上限制了工业机器人的灵活性和工作效率。
[0004]另一方面收到工业机器人自身精度和相机精度的影响，导致工业机器人的工作精度不高，想要提高精度则必须采用更高精度的工业机器人和相机精度，大大增加了使用成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的人工示教需要人工操作、耗时长、工业机器人工作精度不高的缺陷，提供一种工作精度高、不需要人工示教的基于3D相机的工业机器人示教系统及方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于3D相机的工业机器人示教系统，其特征在于：包括工业机器人、固定安装在所述工业机器人机械臂末端的标定针、安装在所述机器人机械臂上的3D相机、手眼标定平台以及工件；
[0008]所述手眼标定平台上设置四个带有尖端的纸片，通过标定针触碰所述纸片的尖端进行手眼标定；
[0009]所述工件上具有标定点。
[0010]进一步地，所述标定针固定在一圆盘的下方，所述工业机器人的机械臂上安装有夹爪，通过所述夹爪抓住圆盘进行标定。
[0011]进一步地，四个所述纸片的尖端位于X向200mm、Y向200mm和Z向100mm构成的立体空间内。
[0012]更进一步地，所述工件上的标定点为在工件外表面上的中心位置。
[0013]本专利技术还公开了一种基于3D相机的工业机器人示教方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0014]S1、TCP标定，得到工具坐标系(
T
P)；
[0015]S2、手眼标定，根据3D相机的最佳拍照焦距，找到标定拍照的最佳位置，记录3D相机标定拍照点在基坐标系下位姿(T
C0
),3D相机拍摄手眼标定平台区域的图片，在手眼标定软件里获取四个纸片的尖端在相机坐标系(
C
P)下的坐标(T
A1
),然后移动工业机器人的机械
臂使标定针分别接触四个纸片的尖端点，获得位于四个尖端点时标定针在基坐标系(
B
P)下的坐标(T
A2
)；求解两组坐标(T
A1
，T
A2
)的转换矩阵关系得到手眼标定矩阵
B
T
C
；
[0016]S3、根据3D相机标定拍照最佳范围内采集的点云数据，通过点云识别算法计算工件上的标定点在基坐标系(
B
P)下的位姿(T
Q
)；记录3D相机距离工件上的标定点的相对位置(T
C0
‑
T
Q
)，(T
C0
‑
T
Q
)为3D相机的最佳拍照距离；
[0017]S4、移动工业机器人的机械臂使标定针触碰工件上的标定点得到标定针针尖在基坐标系下实际坐标(T
Q
')；通过点云识别算法得到的坐标(T
Q
)与实际测量的坐标(T
Q
')进行拟合得到二者之间的误差补偿关系(W
B
)；
[0018]S5、第一次目标拍照定位，将3D相机移动到基坐标系下的位姿(T
C1
)，拍照采集工件的点云数据，利用随机采样一致性算法识别工件的标定点在基坐标系下的位姿(T
Q1
)；
[0019]S6、通过(T
C1
)和(T
Q1
)以及3D相机(3)的最佳拍照距离(T
C0
‑
T
Q
)计算到达最佳拍摄位置3D相机(3)所需移动的距离；控制工业机器人(1)的机械臂移动相机的位置到基坐标系下的(T
C2
)，使得3D相机(3)距离工件(5)的标定点的距离为(T
C0
‑
T
Q
)；
[0020]S7、3D相机对工件进行第二次拍照，采集工件的点云数据，利用随机采样一致性算法处理点云数据，识别图像中工件的位姿；
[0021]S8、利用S4中得到的误差补偿关系(W
B
)以及S6中3D相机移动的距离对于S7中得到的工件的标定点的位姿(T
Q2
)进行补偿得到(T
Q
'2)。
[0022]进一步地，所述TCP标定采用5点法进行TCP标定，通过标定针以不同姿态运动到空间某一固定参考点，然后利用机器人关节转角及机器人结构信息计算TCP坐标。
[0023]进一步地，完成TCP标定后，将工具的TCP中心点的Rx，Ry，Rz三个旋转角置零。
[0024]进一步地，工业机器人的绝对定位精度为1.3mm，TCP精度为2
‑
4mm，精度阈值(T
Q
'2‑
T
Q
')为0
‑
1mm。
[0025]更进一步地，还包括：S9、通过将3D相机移动到工件的不同方位并始终保持最佳拍照距离全方位采集工件的图像，通过点云识别算法计算工件上的呆抓取部位在基坐标系(
B
P)下的位姿，并利用误差补偿关系(W
B
)拟合出工业机器人的夹爪需要实际移动到的位姿，命令工业机器人的机械臂带动夹爪运动到相应的坐标即可实现对工件的抓取。
[0026]本专利技术的一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法的有益效果是：
[0027]1、通过3D相机采集工件图像，并根据误差补偿关系直接计算出需要抓取工件位置的坐标，通过将坐标输入机器人的操作程序中即可实现机器人末端运动到相应的位置，不需要人工示教，大大节省了时间，且工业机器人能够使用工作环境的变化，灵活性和工作效率更高。
[0028]2、在机器人自身精度和相机精度受限的情况下，本专利技术利用机器人的重复定位精度，在一定范围内，处于相机的最佳拍摄范围中，手眼标定矩阵以及机器人TCP精度都能得到一定的保证。此时，通过视觉识别定位精度较高，同时，引入误差补偿技术，最终可以大大提高机器人的工作精度。
附图说明
[0029]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0030]图1是本专利技术实施例的工业机器人示教系统示意图；
[0031]图中:1、工业机器人，2、标定针，3、3D相机，4、手眼标定平台，5、工件，6、纸片，7、夹爪，8、圆盘。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D相机的工业机器人示教系统，其特征在于：包括工业机器人(1)、固定安装在所述工业机器人(1)机械臂末端的标定针(2)、安装在所述机器人机械臂上的3D相机(3)、手眼标定平台(4)以及工件(5)；所述手眼标定平台(4)上设置四个带有尖端的纸片(6)，通过标定针(2)触碰所述纸片(6)的尖端进行手眼标定；所述工件(5)上具有标定点。2.根据权利要求1所述的基于3D相机的工业机器人示教系统，其特征在于：所述标定针(2)固定在一圆盘(8)的下方，所述工业机器人(1)的机械臂上安装有夹爪(7)，通过所述夹爪(7)抓住圆盘(8)进行标定。3.根据权利要求1所述的基于3D相机的工业机器人示教系统，其特征在于：四个所述纸片(6)的尖端位于X向200mm、Y向200mm和Z向100mm构成的立体空间内。4.根据权利要求1所述的基于3D相机的工业机器人示教系统，其特征在于：所述工件(5)上的标定点为在工件(5)外表面上的中心位置。5.一种基于3D相机的工业机器人示教方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、TCP标定，得到工具坐标系(
T
P)；S2、手眼标定，根据3D相机(3)的最佳拍照焦距，找到标定拍照的最佳位置，记录3D相机(3)标定拍照点在基坐标系下位姿(T
C0
),3D相机(3)拍摄手眼标定平台(4)区域的图片，在手眼标定软件里获取四个纸片(6)的尖端在相机坐标系(
C
P)下的坐标(T
A1
),然后移动工业机器人(1)的机械臂使标定针(2)分别接触四个纸片(6)的尖端点，获得位于四个尖端点时标定针(2)在基坐标系(
B
P)下的坐标(T
A2
)；求解两组坐标(T
A1
，T
A2
)的转换矩阵关系得到手眼标定矩阵
B
T
C
；S3、根据3D相机(3)标定拍照最佳范围内采集的点云数据，通过点云识别算法计算工件(5)上的标定点在基坐标系(
B
P)下的位姿(T
Q
)；记录3D相机(3)距离工件(5)上的标定点的相对位置(T
C0
‑
T
Q
)，(T
C0
‑
T
Q
)为3D相机(3)的最佳拍照距离；S4、移动工业机器人(1)的机械臂使标定针(2)触碰工件(5)上的标定点得到标定针(2)针尖在基坐标系下实际坐标(T'
Q
)；通过点云识别算法得到的坐标(T
Q
)与实际测量的坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨云龙，戚骁亚，尹坤阳，刘祖川，李嘉亮，
申请(专利权)人：北京深度奇点科技有限公司，
类型：发明
国别省市：