[发明专利]基于增强现实的机器人在线示教装置、系统、方法、设备

说明书

本发明涉及一种基于增强现实的机器人在线示教系统，包括示教操作器、方位跟踪传感器、虚拟机器人模型定位器、增强现实显示器以及一计算机，所述计算机包括存储器、处理器以及通信模块，所述存储器存储有程序，所述程序包括进给计算模块、机器人正向运动学模型、机器人控制逻辑及故障设置模块、虚拟机器人渲染模块和方位跟踪模块。本发明中，操作人员可以通过物理的示教操作器驱动虚拟的机器人模型运动，并通过增强现实技术将虚拟的机器人模型叠加在真实场景中，不需要物理机器人即可进行示教训练或者示教编程，提高了机器人示教训练的安全性，降低了成本，可广泛应用教学和示教编程。

技术领域

本发明涉及一种基于增强现实的机器人在线示教训练系统，属于机器人和计算机应用领域。

背景技术

现有的机器人示教训练一般是操作人员通过示教器，手动控制机器人的关节运动，以使机器人运动到预定的位置，同时将该位置进行记录，并传递到机器人控制器中，之后的机器人可根据指令自动重复该任务，操作人员也可以选择不同的坐标系对机器人进行示教。正如公开号为CN104552300A的《一种基于示教机器人的离线编程示教装置及方法》，该技术方案通过数据采集系统的位置传感器分别记录关节臂上各自所对应的运动副的移动和转动信息；并将所记录的关节臂每个运动副的移动和转动信息通过通讯总线发送给上位机应用专用软件进行处理与编译，生成机器人程序。

现有的机器人在线示教系统均使用示教编程器控制物理机器人运动，如果操作人员操作不当会使物理机器人与周围的障碍物碰撞，致使物理机器人受到损伤。

针对机器人在线示教训练，申请人发明了一种基于增强现实的机器人在线示教训练系统，属于半实物仿真。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于增强现实的机器人在线示教训练系统，其不需要物理机器人即可进行示教训练或者示教编程，且可以检测虚拟机器人模型与物理环境之间的碰撞，提高了示教训练的安全性和逼真度。

本发明的技术方案如下：

方案一：

基于增强现实的机器人在线示教装置，包括示教操作器、方位跟踪传感器、虚拟机器人模型定位器、增强现实显示器以及一计算机，所述示教操作器、方位跟踪传感器、增强现实显示器均连接至所述计算机；操作人员手持所述示教操作器，所述示教操作器发出的操作数据传输至所述计算机；所述方位跟踪传感器用于检测操作人员头部和虚拟机器人模型定位器上的特征信息，并将所述特征信息发送至所述计算机；所述虚拟机器人模型定位器用于定位虚拟机器人模型在真实环境中的位置并发送至所述计算机；所述计算机处理接收到的数据，并将处理结果发送至所述示教操作器和增强现实显示器，所述示教操作器显示操作结果，所述增强现实显示器显示虚拟机器人模型及其运动图像，并通过虚拟机器人模型定位器定位虚拟机器人模型在真实环境中的位置，从而生成一个虚实叠加的增强现实环境，通过示教操作器控制虚拟机器人模型对真实环境中的被加工件进行加工。

更优地，机器人在线示教装置所述还包括一深度相机，其连接至所述计算机，所述深度相机实时采集物理环境的深度数据，所述计算机结合所述示教操作器发出的操作数据处理后判断虚拟机器人模型是否与物理环境发生碰撞，如果发生碰撞将碰撞信息发送给增强现实显示器，以提示操作者。

方案二：

基于增强现实的机器人在线示教系统，包括进给计算模块、机器人正向运动学模型、虚拟机器人渲染模块和方位跟踪模块；

所述进给计算模块通过计算机内的通信模块接收来自示教操作器的操作数据生成机器人各进给轴的进给量和各动作模块的控制指令，并将其发送至所述通信模块、机器人正向运动学模型以及虚拟机器人渲染模块，通过所述通信模块将所述进给量和控制指令发送至所述示教操作器用于显示；