[发明专利]一种机器人示教编程系统及方法

说明书

本发明涉及一种机器人示教编程系统，包括示教系统、位姿跟踪系统、物理机器人系统以及计算机；示教系统中，手持式示教工具连接示教控制器，示教数据采集器分别连接示教控制器和计算机；位姿跟踪系统中，摄像机组、位姿计算单元以及计算机顺次连接，跟踪标识物固定于手持式示教工具上；物理机器人系统中，物理机器人、物理机器人控制器和计算机顺次连接。本发明还提供一种机器人示教编程方法，通过建立坐标系、交互教示、数据后处理以及物理机器人控制实现示教编程。本发明的优点在于：通过一线工人使用手持式示教工具交互完成示教编程，编程方便且将示教人员的经验和技能体现在程序中，还能够进行增强现实仿真，及时发现机器人与工作场景的干涉。

技术领域

本发明涉及一种机器人示教编程系统及方法，属于计算机控制与机器人领域，可用于机器人焊接、涂胶、喷漆、打磨、抛光、装配等作业用的示教编程。

背景技术

当前机器人在焊接、涂胶、去毛刺、装配、喷漆等领域中广泛应用，机器人编程是机器人应用中的关键问题之一，当前主要有离线编程和在线示教的方式。离线示教需要在计算机中建立机械手及其工作环境的模型，通过人机交互操作和控制，离线计算和规划出作业轨迹，在确认无误后将作业轨迹发送到机械手，实现机械手编程。离线示教方式需要在计算机中建立工作环境的三维模型，需要操作人员具备一定的技术知识，普通工人需要经过长时间的培训后才能熟练使用。另外离线示教的方式难以将一线工人积累的工艺经验和知识（如焊接、涂胶、喷漆、打磨等）融入到轨迹规划中。传统的示教盒示教和牵引末端示教操作不便，例如，采用体感传感器追踪人体骨骼点运动轨迹的方式进行示教编程，示教过程中记录的是各关节的旋转角度而不是末端执行器（即手持式示教工具）的方位，而且该类方法也无法将复杂的操作工艺融入到路径规划中，有些机器人还不具备牵引示教功能。

同时，现有的编程方法使用难度大、操作不便、对操作人员的专业知识要求高。由于一线工人不能熟练地操作离线编程软件或示教器进行编程，他们长期积累的一线操作经验和技能难以融入到机器人操作程序中，机器人的编程效率低。因此当前有些复杂小批量的焊接、涂胶、喷漆、打磨、装配等操作，仍然依赖经验丰富的工人手工完成。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种机器人示教编程系统和方法，由一线工人在线示教，通过位姿跟踪系统和示教系统，将一线工人的操作经验和技能融入到机器人编程中，且大大提高了机器人编程的效率和方便性，同时，在示教过程中物理机器人不参与，属于半实物示教。

本发明所采用的技术方案如下：

技术方案一：

一种机器人示教编程系统，包括示教系统、位姿跟踪系统、物理机器人系统以及计算机；

所述示教系统包括手持式示教工具、示教控制器以及示教数据采集器，所述示教数据采集器用于采集手持式示教工具在被操作部件上操作时的工艺参数，所述手持式示教工具连接示教控制器，所述示教数据采集器分别连接所述示教控制器和计算机；

所述位姿跟踪系统包括摄像机组、跟踪标识物以及位姿计算单元，所述摄像机组至少包含两个摄像机，所述摄像机组固定于所述被操作部件的上方，所述摄像机组连接所述位姿计算单元，所述位姿计算单元连接所述计算机，所述跟踪标识物固定于所述手持式示教工具上；

物理机器人系统包括物理机器人和物理机器人控制器，所述物理机器人连接所述物理机器人控制器，所述物理机器人控制器连接所述计算机。

更优地，还包括头戴式增强现实显示器，所述位姿跟踪系统还包括注册标识物，所述头戴式增强现实显示器连接所述计算机，所述注册标识物固定于所述头戴式增强现实显示器上。

更优地，所述手持式示教工具的数量为至少一个。

更优地，所述跟踪标识物为至少个4跟踪标志点。

更优地，所述跟注册标识物为至少4个注册标志点。