[发明专利]一种基于机器视觉的工业机器人示教系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的工业机器人示教系统，包括图像传感器、标志物、安装有机器人示教模块的电脑、机器人控制器、机器人，所述图像传感器与安装有机器人示教模块的电脑相连，用于获得人手在机器人示教过程中的图像；所述标志物被安放在示教者的手背上；所述电脑通过图像处理和P4P位姿估计获得标志物和人手掌在相机坐标系下的位置和姿态、估计示教者食指3个关节的角度，并得到指尖和手掌的位姿关系；所述电脑通过以太网控制机器人重复人手演示的路径，实现机器人示教再现。本发明还公开了一种基于机器视觉的工业机器人示教方法。本发明提高了机器人易用性，尤其适用于喷涂与打磨机器人这种示教点位姿精度不高，但是路径复杂的领域。

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，尤其涉及一种基于机器视觉方法测量人手指尖在机器人示教过程中的位置和姿态的工业机器人示教系统及方法。

背景技术

机器人技术是一门综合学科，它涵盖了电脑信息技术、控制理论、机械设计、传感技术、人工智能、仿生学等众多学科。机器人的出现对人们的日常生活产生了重大的影响，机器人种类繁多，根据应场景不同机器人可以分为服务机器人、医疗机器人、特种机器人、水下机器人、工业机器人等。在现代科学技术的带动下，机器人技术有了较大的进步，尤其是在工业中的应用非常广泛、技术也相对成熟。

工业机器人可以帮助人们快速地完成繁重且重复的任务，而且还可以在极端的环境中作业，因此它被大量地应用在各行各业中，例如汽车制造、工件分拣、产品装配、码垛等。工业机器人在应对新的工作任务的时候需要对其进行示教，也就是教会机器人完成任务的步骤。

目前工业机器人的示教以“示教再现”的形式为主，“示教再现”是指先由操作者以某种交互方式演示机器人在执行任务时所要达到的位置和姿态，并记录这些信息，通过处理使得机器人可以再现操作者的动作，完成既定的任务。当要完成的任务需要复杂的轨迹时，如打磨、喷涂等任务，机器人的示教工作就非常的繁琐和耗时。如今虽在机器人系统中加入视觉传感器、力传感器等设备提高了机器人在应用中的适应性，但是在实际的应用中机器人的示教过程依然复杂，操作者需要专门的培训才能操作，只适应于大批量生产，不能应对生产任务的频繁改变。随着“中国制造2025”和“工业4.0”概念的提出，制造业已经逐步从大规模批量生产向着个性化定制的方向发展，这就要求制造业的生产线具有很高的柔性来应对产品的快速改型，传统的示教再现形式已经不能满足这种柔性制造的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于机器视觉的工业机器人示教方法和系统。通过机器视觉识别人手食指指尖在示教过程中的位置和姿态，并转化为机器人的示教点位姿，实现对机器人的示教。这种示教方法操作简单、通用性好，提高了机器人易用性。尤其适用于喷涂与打磨机器人这种示教点位姿精度不高，但是路径复杂的领域。

本发明采用如下技术方案实现：

一种基于机器视觉的工业机器人示教系统，包括图像传感器、标志物、安装有机器人示教模块的电脑、机器人控制器、机器人，所述的图像传感器与安装有机器人示教模块的电脑相连，用于获得人手在机器人示教过程中的图像；所述标志物被安放在示教者的手背上，用于确定目标特征点在三维物体坐标和二维图像坐标之间的对应关系；所述电脑通过图像处理和P4P位姿估计获得标志物和人手掌在相机坐标系下的位置和姿态、估计示教者食指3个关节的角度，并得到指尖和手掌的位姿关系；所述电脑同时通过以太网与机器人控制器通信相连，控制机器人重复人手演示的路径，实现机器人的示教再现。进一步地，所述的图像传感器采用Kinect图像传感器，用于获取手部的图像、通过粒子滤波算法跟踪示教过程中手部在图像中的位置，获取手部图像的ROI区域。

进一步地，所述标志物包括四个相同直径且不同颜色的圆形标志，四个圆形标志的圆心位于设定边长的正方形的4个顶点上，所述圆形标志的直径和所述正方形的边长根据图像传感器的视场按比例调节。

进一步地，所述圆形标志的直径为10mm；颜色分别为红、黄、绿、紫四种颜色；所述正方形的边长为30mm。