[发明专利]一种基于立体视觉的机器人快速示教方法

说明书

本发明公开了一种基于立体视觉的机器人快速示教方法，涉及机器人示教和立体视觉领域。本发明使用独立的具有特征识别单元的手持示教装置，通过安装在机器人末端或末端夹持工具上的立体视觉模块采集手持示教装置的图像，视觉信号处理模块识别、处理特征识别单元的信息，获取立体视觉坐标系到特征识别单元坐标系的变换关系，构建手持示教装置末端坐标系到机器人基坐标系的变换关系，获得手持示教装置末端点在机器人基坐标系下的位姿信息。根据该信息，机器人控制模块可控制机器人复现示教点的位姿。示教过程简便，充分利用人手部的灵活性，通过位姿测量杆件迅速到达所需示教点的位姿状态，极大提升示教效率，提高机器人易用性、灵活性、适应性。

技术领域

本发明属于机器人视觉技术领域，特别涉及一种基于立体视觉的机器人快速示教方法。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，工业机器人已经在人类社会的工业生产领域当中扮演着举足轻重的地位，基于工业机器人的自动化生产线已经在机械加工、喷涂、装配、焊接、搬运等领域广泛应用。

根据中国制造2025的发展规划，未来制造业将形成新一代信息技术和制造业相融合的新模式，力求实现中国由制造大国向制造强国转变。而智能制造是中国制造2025的核心，工业机器人的应用更是其关键，以机器人为核心的智能制造已经成为推动我们制造业转型升级的重要手段。

目前，大部分机器人在运动前需要经过示教，常采用的方式是示教器示教，这种传统的示教方法需要先操作机器人末端到指定位置，再操作机器人进行姿态变化，过程非常耗时耗力。如遇到工件表面结构较复杂，还需要不断反复地变换机器人末端点位置和机器人末端姿态才能到达机器人末端工作时所需位姿，极大地降低了机器人的工作效率和使用的易用性。

近年来，机器人视觉技术为解决机器人示教问题带来新的可能。目前比较成熟的视觉技术有基于飞行时间(TOF)、结构化光、双目视觉和光场的技术。这些技术都能通过一定的算法得到被测对象的深度信息，将深度信息反馈给机器人系统，便可解决机器人示教中的深度问题。

中国专利号：CN201610595202.4，名称：一种基于立体视觉技术对机器人进行示教的方法，该发明公开了一种基于立体视觉技术对机器人进行示教的方法，该方法具体为：在工具(如焊枪、喷头)上放置标识物，使用立体视觉摄像头识别工具，并连续记录每一帧的深度图，再将工具放置于机器人末端，标定机器人末端工具坐标系到焊枪标识物坐标系的位姿变换矩阵，然后进行示教复现。该方法示教时无需拖拽机器手臂，轻便而且节省空间，系统搭建较为简便。然而，该方法具有一定的局限性：首先，该方法使用的是真实焊枪或者其他工具，标识物需要考虑如何固接于不同的工具，不具有通用性；其次，该方法在示教过程中摄像头无法移动，有效视场范围有所限制，示教姿态存在死区；并且该方法采用连续记录运动中的每一帧的方法，这对操作人员具有较高要求，示教速度过慢，则数据过于冗余，降低效率，示教速度过快或不稳定，则有可能出现模糊图像，在这种情况下无法识别工具标识物，只能重新示教；此外，该方法每次示教完都需要将工具安装到机器人末端，重新标定摄像头坐标系下工具位姿矩阵到机器人坐标系下手臂末端位姿矩阵的变换关系，这对于需要多次示教不同规划路径的工况环境是十分耗时耗力的，机器人使用易用性有所限制。

发明内容

本发明提出一种基于立体视觉的机器人快速示教方法，将立体视觉模块安装在机器人末端或机器人末端夹持工具上，通过立体视觉模块获得特征信息，根据该特征信息构建手持示教装置末端坐标系与机器人基坐标系之间的位姿变换关系，从而获取手持示教装置末端在机器人基坐标系下的位姿信息，即所示教点在机器人基坐标系下的位姿信息，实现快速示教功能，提高机器人的工作效率和使用易用性。

具体过程如下步骤：

第一步，将立体视觉模块安装在机器人末端或末端夹持工具上，获取立体视觉坐标系在机器人末端夹持工具坐标系下的位姿矩阵T₂。