一种基于图像引导的示教机器人控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于图像引导的示教机器人控制系统及控制方法，涉及机器人和人机交互领域，在该系统中，机器人末端安装有图像采集装置，示教杆上携带有标志物，在图像采集的过程中不易发生遮挡；图像采集装置用于按照预设的采样频率采集带有标志物的图像信息并发送至上位机；上位机用于根据图像信息确定示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息和目标示教点位置，根据空间位姿信息和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹，并将运动轨迹信息发送至机器人控制器；机器人控制器用于获取机器人当前所在的示教点位置，控制机器人按照运动轨迹移动至目标示教点位置，这样，可以提高机器人路径控制的实时性、便捷性和准确性。便捷性和准确性。便捷性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像引导的示教机器人控制系统及控制方法


[0001]本专利技术属于机器人和人机交互领域，尤其涉及一种基于图像引导的示教机器人控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]机器人示教是由机器人按照操作人员设定的运动轨迹完成一系列动作的一种示教方法。目前机器人示教技术仍以示教盒示教和拖动示教为主，其中示教盒示教是机器人通过预设的程序来完成相关示教动作，具有一定的控制精度，但是需要操作人员进行大量的前期专业培训和实践，且操作步骤复杂，示教效率低，示教系统柔性差，机器人不能快速适应任务改变的问题。
[0004]拖动示教是操作人员按照一定的运动轨迹拖动机器人去完成一系列动作，然后由机器人完成轨迹复现，相较于示教盒示教，拖动示教无需操作者掌握相应的编程知识，操作简单且快速。但是，由于机器人手臂的结构复杂，测试人员很难移动机器人手臂到预定位置，并且难以控制转向，其定位精度较差，很难实现精确的路径控制。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于图像引导的示教机器人控制系统及控制方法，通过对已知标志物进行识别的方式，并进行仿真处理，以得到更高精度的机器人末端运动轨迹，从而有利于提高机器人路径控制的便捷性和准确性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术主要包括以下几个方面：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于图像引导的示教机器人控制系统，包括机器人和示教杆，所述机器人包括机器人控制器，所述机器人末端安装有图像采集装置，所述示教杆上携带有标志物；
[0008]所述图像采集装置与上位机通信连接，用于按照预设的采样频率采集带有标志物的图像信息并发送至上位机；
[0009]所述上位机用于实时获取所述图像信息，根据所述图像信息确定示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息和目标示教点位置，根据所述空间位姿信息和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹，并将所述运动轨迹信息发送至机器人控制器；
[0010]所述机器人控制器用于获取机器人当前所在的示教点位置，控制所述机器人按照所述运动轨迹移动至所述目标示教点位置。
[0011]在一种可能的实施方式中，所述上位机采用以下方式确定所述空间位姿信息：
[0012]提取所述图像信息中标志物的特征，根据所述特征确定标志物与图像采集装置之间的距离信息；
[0013]根据标志物与图像采集装置之间的距离信息，以及示教杆在示教杆坐标系与相机坐标系之间的第一映射关系，确定示教杆在相机坐标系下的位置信息；
[0014]根据示教杆在相机坐标系下的位置信息，以及相机坐标系和操作空间坐标系之间的第二映射关系，确定示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述特征包括形状特征和尺寸特征，所述上位机用于通过形状特征识别图像信息中的标志物，并通过所述标志物的尺寸特征确定标志物与图像采集装置之间的距离信息。
[0016]在一种可能的实施方式中，所述上位机具体用于对所述空间位姿信息进行位姿滤波优化处理后，对示教杆运动轨迹进行拟合处理；
[0017]根据拟合后的示教杆运动轨迹和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述上位机还用于响应于用户对示教杆运动轨迹的调整操作，获取相关调整参数，根据所述相关调整参数对所述示教杆运动轨迹进行调整。
[0019]在一种可能的实施方式中，所述标志物包括第一图形和第二图形，所述第一图形和所述第二图形的形状相同且尺寸不同。
[0020]本专利技术实施例还提供了一种基于图像引导的示教机器人控制方法，基于上述第一方面所述的基于图像引导的示教机器人控制系统，包括：
[0021]控制机器人移动至预设的初始位置；
[0022]按照预设的采样频率采集带有标志物的图像信息；
[0023]根据所述图像信息确定示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息和目标示教点位置，根据所述空间位姿信息和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹，并将所述运动轨迹信息发送至机器人控制器；
[0024]获取机器人当前所在的示教点位置，控制所述机器人按照所述运动轨迹移动至所述目标示教点位置；
[0025]直到示教杆停止运动，完成示教动作。
[0026]在一种可能的实施方式中，采用以下方式确定所述空间位姿信息：
[0027]提取所述图像信息中标志物的特征，根据所述特征确定标志物与图像采集装置之间的距离信息；
[0028]根据标志物与图像采集装置之间的距离信息，以及示教杆在示教杆坐标系与相机坐标系之间的第一映射关系，确定示教杆在相机坐标系下的位置信息；
[0029]根据示教杆在相机坐标系下的位置信息，以及相机坐标系和操作空间坐标系之间的第二映射关系，确定示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息。
[0030]在一种可能的实施方式中，根据所述空间位姿信息和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹，包括：
[0031]对所述空间位姿信息进行位姿滤波优化处理后，对各示教点进行拟合，得到连续的示教杆运动轨迹；
[0032]根据所述示教杆运动轨迹和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹。
[0033]在一种可能的实施方式中，还包括：响应于用户对示教杆运动轨迹的调整操作，获
取相关调整参数，根据所述相关调整参数对所述示教杆运动轨迹进行调整。
[0034]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0035]本专利技术提出一种基于图像引导的示教机器人控制系统，在该系统中，图像采集装置和标志物成对使用，图像采集装置安装在机器人末端，示教杆上携带有标志物，在图像采集的过程中不易发生遮挡，满足不同工作环境的使用要求；并且，上位机通过对已知标志物进行识别，得到示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息，并结合机器人运动学模型仿真得到机器人末端的运动轨迹，所得到的机器人末端运动轨迹更加精确，从而可以提高机器人路径控制的便捷性和准确性；
[0036]并且，用户可以根据实际需要对示教杆运动轨迹进行调整，可以满足不同的示教要求，增强机器人对工作环境的适应性。此外，机器人对示教杆位姿的点对点实时跟踪，优化了示教过程的时间，从而可以提升示教效率。
附图说明
[0037]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0038]图1是本专利技术实施例一所提供的基于图像引导的示教机器人控制系统的结构示意图；
[0039]图2是本专利技术实施例二所提供的示教过程实时定位跟踪的原理图；
[0040]图3是本专利技术实施例二所提供的基于图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像引导的示教机器人控制系统，包括机器人和示教杆，所述机器人包括机器人控制器，其特征在于，所述机器人的末端安装有图像采集装置，所述示教杆上携带有标志物；所述图像采集装置与上位机通信连接，用于按照预设的采样频率采集带有标志物的图像信息并发送至上位机；所述上位机用于实时获取所述图像信息，根据所述图像信息确定示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息和目标示教点位置，根据所述空间位姿信息和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹，并将所述运动轨迹信息发送至机器人控制器；所述机器人控制器用于获取机器人当前所在的示教点位置，控制所述机器人按照所述运动轨迹移动至所述目标示教点位置。2.如权利要求1所述的基于图像引导的示教机器人控制系统，其特征在于，所述上位机采用以下方式确定所述空间位姿信息：提取所述图像信息中标志物的特征，根据所述特征确定标志物与图像采集装置之间的距离信息；根据标志物与图像采集装置之间的距离信息，以及示教杆在示教杆坐标系与相机坐标系之间的第一映射关系，确定示教杆在相机坐标系下的位置信息；根据示教杆在相机坐标系下的位置信息，以及相机坐标系和操作空间坐标系之间的第二映射关系，确定示教杆在操作空间坐标系下的空间位姿信息。3.如权利要求2所述的基于图像引导的示教机器人控制系统，其特征在于，所述特征包括形状特征和尺寸特征，所述上位机用于通过形状特征识别图像信息中的标志物，并通过所述标志物的尺寸特征确定标志物与图像采集装置之间的距离信息。4.如权利要求1所述的基于图像引导的示教机器人控制系统，其特征在于，所述上位机具体用于对所述空间位姿信息进行位姿滤波优化处理后，对示教杆运动轨迹进行拟合处理；根据拟合后的示教杆运动轨迹和预先存储的机器人运动学模型，仿真得到机器人末端的运动轨迹。5.如权利要求4所述的基于图像引导的示教机器人控制系统，其特征在于，所述上位机还用于响应于用户对示教杆运动轨迹的调整操作，获取相关调整参数，根据所述相关调整参数对所述示教杆运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富春，范书龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：