一种适配多种打磨工具的视觉示教装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工业机器人打磨领域，具体涉及一种适配多种打磨工具的视觉示教装置及方法，包括手持示教定位系统各个装置、机器人控制系统、打磨工具配合部分和柔性力控装置，手持示教定位系统包含了红外LED定位系统、IMU九轴惯性传感元、力传感元和交互模组；双目红外摄像头采集定位笔的位姿信息，配合九轴传感器采集的位姿信息，实现了定位数据的精确获取；力传感元获取示教笔接触工件实时力变化信息；数据传输到PC端，经由PC端处理转化成加工路径代码；工具配合部分，与打磨工具配合安装；柔性力控装置配置于机器人法兰盘接收实时接触力变化信息进行加工路径仿真。本发明专利技术能够灵活方便的操作机器人适配打磨工具，更提高了柔性打磨机器人的加工效率。机器人的加工效率。机器人的加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适配多种打磨工具的视觉示教装置


[0001]本专利技术涉及工业机器人
，尤其涉及一种适配多种打磨工具的视觉示教装置。

技术介绍

[0002]近些年来，工业机器人由于其高效的工作方式、较强的通用性、可重复精度高等优势，在工业制造各个领域中崭露头角，例如分拣包装产品、喷漆焊接工件等。传统的机器人控制方法有示教器编程以及机器人离线编程。示教器编程的具体方法就是工人通过示教器控制机器人以不同的指令类型依次移动至各个点位，并记录下各个点位的信息，再由机器人控制器根据记录的指令控制机器人从起点运作至终点。这种机器人控制方式适用于过程精度要求不高的作业情况。机器人离线编程则是利用离线编程软件建立机器人仿真环境，通过仿真环境生成路径代码，也可以手动编程指令，细化过程中每个点位的机器人位姿和运作方式，其精度较示教器有较大的提升，且不需要工人处于现场操作，提升了安全性，但相应的损失了一些灵活性，示教过程繁琐，且不能从根本上解决了工具与示教装置的位置偏移量计算问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中的问题，而提出的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置及方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种适配多种打磨工具的视觉示教装置，包括手持示教定位装置，所述手持示教定位装置用于采集自身的空间位姿数据以及接触力变化信息，所述手持示教定位装置包含手持示教手柄、IMU9轴姿态传感器、红外LED标记装置、力传感元、连接法兰面、交互模组和启动键；示教控制器，所述示教控制器获取由交互模组发送的手持示教定位装置采集的位姿信息和接触力信息，位姿信息转化为轨迹数据，接触力信息在示教控制器上实时显示；双目红外摄像头，用于实时拍摄获取红外图像，传输到示教控制器的计算单元中；柔性机器人本体，所述柔性机器人本体固定在工作台上；柔性打磨头，用于接收示教系统采集的加工接触力变化信息，并加以应用于仿真和实际加工过程中，且此装置还包含恒力控制模块以实现柔性打磨过程，所述柔性打磨头与柔性机器人本体用法兰相连；柔性打磨机器人控制器，用于给柔性机器人本体传输数据，控制柔性机器人本体规划路径并运作；PC端，用于接收示教控制器传出的位姿信息和接触力信息，并将轨迹数据转化成机器人路径指令，将实时接触力变化输入柔性力控装置，控制柔性打磨过程力实时变化，所述PC端与柔性打磨机器人控制器相连，用于传输数据。
[0005]在上述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置中，所述红外LED标记装置顶部配置有5个红外灯，且向外发射红外光，用双目红外摄像头实时拍摄获取红外图像，获取红外灯所在位置，再通过PnP算法获得红外LED标记装置构成的坐标系，再获取相对于红外双
目相机坐标系的变换矩阵。
[0006]在上述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置中，所述IMU9轴姿态传感器中包含3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计，分别获取了三轴加速度、旋转速度和旋转加速度信息，而3轴磁力计又对前六轴数据进行偏航校正。
[0007]在上述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置中，所述力传感元用于记录模拟加工工件实时接触力的变化，经交互模组传送至示教控制器上显示。
[0008]在上述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置中，所述连接法兰面的中心作为原点，与各种打磨工具的法兰面连接，各工具的TCP与其法兰面坐标系的变换矩阵相匹配，切换工具时系统选取对应变换矩阵，实现工具快换与适配。
[0009]在上述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置中，所述柔性打磨头基于气浮控制系统，通过柔性打磨头内的气压控制系统实现主动式补偿，在打磨过程中提供恒定力控制，通过柔性打磨提高打磨效果，此柔性力控装置还可接收PC端传送来的实时力变化情况，并加以应用到实际打磨过程中。
[0010]在上述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置及方法中，所述双目红外摄像头使用双目红外相机，通过两个红外相机的组合，获取的图像差别建立特征点之间联系，将同一个红外发射点在不同图像中的映像点相对应，建立起立体视觉，从而获取更加精确的位姿信息。
[0011]使用上述一种适配多种打磨工具的视觉示教装置的方法中，所述方法包含如下步骤：步骤一、双目红外摄像头安装在打磨工作台附近的固定位置，保证双目红外摄像头的视野范围覆盖手持示教器示教范围以及柔性机器人本体打磨路径的工作空间，进行手眼标定，待操作人员将工具安装在手持示教手柄末端并调整好相应位置，使用手持示教器完成示教；步骤二、操作人员手持示教装置，按下启动键，IMU9轴姿态传感器、红外LED标记模块、力传感元同时开启，手握示教手柄以满足工艺要求的力接触工件，并将示教装置沿着预设轨迹在工件表面运动，IMU9轴姿态传感器和红外LED标记模块实时采集位姿信息，力传感元采集实时接触力信息，通过交互模组传输给示教控制器和PC端；步骤三、PC端将采集的一连串位姿数据经过处理后转化为加工轨迹代码，将力传感元采集的力变化信息传输到柔性打磨机器人控制器，两者数据按示教时间线一一对应，之后便结合柔性打磨头对加工工件过程进行仿真，控制打磨过程中的接触力，以期达到恒力打磨的目标，根据仿真情况对代码进行优化，将优化后的代码导入柔性打磨机器人控制器，控制柔性机器人本体完成打磨工件过程。
[0012]与现有的技术相比，本适配多种打磨工具的视觉示教装置及方法的优点在于：本专利技术实现了一种操作简单、灵活方便的工业机器人示教系统，通过此方法，不仅使人们操作工业机器人的门槛大大降低，且提高了机器人示教时间的效率；本专利技术加装与工具配合的法兰面，按照需要将打磨工具调整在相应位置，在根本上解决了工具与示教装置的位置偏移量计算问题，配合柔性力控装置更使得工业机器人在打磨加工领域获得更长足的进步。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的流程框图；图2是本专利技术的手持示教手柄的结构示意图；图3是本专利技术的手持示教系统结构示意图；图4是本专利技术的手持示教手柄组装打磨工具时的结构示意图；图5是本专利技术的手持示教手柄组装裁切工具时的结构示意图。
[0014]图中：1、双目红外摄像头；2、手持示教手柄；3、待加工零件；4、柔性打磨头；5、柔性机器人本体；6、示教控制器；7、柔性打磨机器人控制器；8、PC端；2a、IMU9轴姿态传感器；2b、红外LED标记装置；2c、连接法兰面；2d、力传感元；2e、交互模组；2f、启动键。
具体实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0016]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0017]参照图1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适配多种打磨工具的视觉示教装置，其特征在于，包括：手持示教定位装置，所述手持示教定位装置用于采集自身的空间位姿数据以及接触力变化信息，所述手持示教定位装置包含手持示教手柄(2)、IMU9轴姿态传感器(2a)、红外LED标记装置(2b)、力传感元(2d)、连接法兰面(2c)、信号交互模组(2e)和启动键(2f)；示教控制器(6)，所述示教控制器(6)获取由交互模组(2e)发送的手持示教定位装置采集的位姿信息和接触力信息，位姿信息转化为轨迹数据，接触力信息在示教控制器(6)上实时显示；双目红外摄像头(1)，所述双目红外摄像头(1)，用于实时拍摄获取红外图像，传输到示教控制器(6)的计算单元中；柔性机器人本体(5)，所述柔性机器人本体(5)固定在工作台上；柔性打磨头(4)，所述柔性打磨头(4)，用于接收示教系统采集的加工接触力变化信息，并加以应用于仿真和实际加工过程中，且此装置还包含恒力控制模块以实现柔性打磨过程，所述柔性打磨头(4)与柔性机器人本体(5)用法兰相连；柔性打磨机器人控制器(7)，所述柔性打磨机器人控制器(7)，用于给柔性机器人本体(5)传输数据，控制柔性机器人本体(5)规划路径并运作；以及PC端(8)，所述PC端(8)用于接收示教控制器(6)传出的位姿信息和接触力信息，并将轨迹数据转化成机器人路径指令，将实时接触力变化输入柔性力控装置，控制柔性打磨过程力实时变化，PC端(8)与柔性打磨机器人控制器(7)相连，用于传输数据。2.根据权利要求1所述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置，其特征在于：所述红外LED标记装置(2b)顶部配置有若干红外灯，且向外发射红外光，用双目红外摄像头(1)实时拍摄获取红外图像，获取红外灯所在方向，再通过PnP算法利用不共面的红外灯位置信息拟合出手持示教定位装置在相机坐标系下的位姿信息，即红外LED标记装置(2b)构成的坐标系(O
object
)相对于红外双目相机坐标系(O
camera
)的变换矩阵以达到定位目的。3.根据权利要求1所述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置，其特征在于：所述IMU9轴姿态传感器矫正拟合得到的姿态信息，所述IMU9轴姿态传感器(2a)中包含3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计，分别获取了三轴加速度、旋转速度和旋转加速度信息，而3轴磁力计又对前六轴数据进行偏航校正。4.根据权利要求1所述的一种适配多种打磨工具的视觉示教装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊辰阳，许吉辉，陈鹏，
申请(专利权)人：无锡斯帝尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：