一种工业机器人光标拖动示教方法及系统与流程

本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种工业机器人光标拖动示教方法及系统。

背景技术：

随着工业自动化程度的不断提高，工业机器人在汽车与汽车零部件制造业、重型机械、航空航天、船舶、化工、电子行业等领域得到了广泛应用。

通常情况下，工业机器人示教主要包括示教器示教及离线编程两种方式。

示教器示教即操作者利用示教盒移动机器人单元末端到目标位置，并将此位置对应的机器人关节角度信息记录进存储器。当要求复现示教动作时，机器人控制器顺序读取示教位置，复现示教轨迹。示教器示教对操作工人有一定要求，需要一定的专业知识和相关编程基础，人员的培训周期相对比较长。同时示教器示教适用于大批量重复性生产，一次示教反复使用，而对于多品种、小批量、非标件的加工并不适用，示教工作量大。

离线编程是机器人编程语言的扩充，它利用计算机图形学，建立机器人及其工作环境的几何模型，然后对机器人所完成的任务进行离线规划和编程，并对编程的结果进行动态仿真及碰撞检测，最后生成机器人运动代码传给机器人控制柜，使机器人完成指定的任务。离线编程要求事先导入机器人模型、工作环境参数及加工工件尺寸参数，对于工作环境未知、加工元件非标准件的情况并不适用。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工业机器人光标拖动示教方法及系统，用于解决现有技术中工业机器人不易示教的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种工业机器人光标拖动示教系统，包括：

机器人单元，所述机器人单元设有用于采集图像的图像模块和用于指示机器人末端的第一光标指示器；

示教器，所述示教器包括用于指示工件目标位置的第二光标指示器；以及控制器，所述机器人单元以及所述示教器分别与所述控制器信号连接。

可选的，所述机器人单元为具有六自由度机械手臂的工业机器人。

一种工业机器人光标拖动示教方法，包括：

提供所述工业机器人光标拖动示教系统；

开启所述第一光标指示器，所述第一光标指示器照射所述工件并产生第一光斑，所述图像模块拍摄工件并得到第一图像；

开启所述第二光标指示器，所述第二光标指示器照射所述工件并产生第二光斑，所述图像模块拍摄工件并得到第二图像；

处理所述第一图像以及所述第二图像，获取所述第一光斑以及所述第二光斑的相对位置；

所述机器人单元控制所述第一光斑朝向靠近所述第二光斑的方向运动；

图像单元获取图像，并判断所述第一光斑是否重合所述第二光斑，若是，则所述机器人单元停止运动，若否，则所述机器人单元控制所述第一光斑朝向靠近所述第二光斑的方向运动。

可选的，工业机器人光标拖动示教方法包括：移动所述第二光斑，并使所述第二光斑停留在目标位置，所述机器人单元控制所述第一光斑移动，定义所述第一光斑、所述第二光斑以及所述目标位置重合时的坐标为目标点位置坐标；以所述第一光斑与目标位置重合的p0点为笛卡儿坐标系原点，建立滑动坐标系v；所述机器人单元末端沿滑动坐标系的z轴移动；所述机器人单元末端绕滑动坐标系的x轴、y轴或者z轴转动；通过所述滑动坐标系中机器人末端的姿态变化获得示教的目标姿态。

可选的，目标姿态的转化过程为：

可选的，所述滑动坐标系v的原点到所述机器人单元末端坐标系e变换矩阵的转化过程为：

其中，通过所述图像模块的标定数据获得，通过所述计算机器人单元中机械手臂转动角度获得，为的逆矩阵。

可选的，所述机器人单元末端坐标系e到机器人基坐标系b变换矩阵的转化过程为：

其中，θ为所述第二光标指示器的按键步进角度，i为所述机器人单元的转动坐标轴。

可选的，当所述机器人单元末端绕滑动坐标系的x轴转动时：

当所述机器人单元末端绕滑动坐标系的y轴转动时：

当所述机器人单元末端绕滑动坐标系的z轴转动时：

如上所述，本发明的工业机器人光标拖动示教方法及系统，具有以下有益效果：

采用上述示教方法对工业机器人示教，简化了传统示教器繁琐的操作、降低了对操作人员的经验要求，同时和离线编程方式相比无需事先导入工件模型和作业环境，对于多品种、小批量和非标件的加工情况适用。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的工业机器人光标拖动示教系统示意图；

图2示出了本发明实施例提供的示教系统结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的工业机器人光标拖动示教方法流程示意图；

图4示出了本发明实施例提供的光标拖动算法流程图；

图5示出了本发明实施例提供的示教系统功能模块图。

零件标号说明

10机器人单元

11焊枪

w工件

20控制器

30焊机

40示教器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1和图2，本发明提供一种工业机器人光标拖动示教系统，包括：

机器人单元10，所述机器人单元10设有用于采集图像的图像模块和用于指示机器人单元10末端的第一光标指示器；

示教器40，所述示教器40包括用于指示工件目标位置的第二光标指示器；以及控制器20，所述机器人单元10以及所述示教器40分别与所述控制器20信号连接。其中，示教器40与控制器20可以无线连接，也可以有线连接。

进一步地，所述工业机器人光标拖动示教系统还包括焊机30和焊枪11，所述焊枪11设置在所述机器人单元10的末端。更进一步地，所述机器人单元10为具有六自由度机械手臂的工业机器人，控制器可集成图像处理模块，或者控制器能够连接pc对图像模块拍摄的图像进行处理和识别，具体实施中，工业机器人示教系统由视觉系统摄像头获取光斑图像，根据视觉处理软件得到机器人运动指令使机器人单元末端运动，第一光标光斑跟随第二光标光斑移动，实现光标拖动；第二光标指示控制器发送指令使工业机器人单元末端绕滑动坐标系旋转完成姿态示教。

请参阅图3和图4，本发明实施例提供了工业机器人光标拖动示教方法，采用所述示教方法对工业机器人示教时，无需通过示教器的复杂操作使机器人工具端运动到焊接起末位置和目标姿态，本发明方法操作更加简便，降低了示教难度。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。

所述工业机器人光标拖动示教方法包括如下步骤：

s21：在机器人单元末端固定安装第一光标指示器和图像模块，使第一光标指示器照射出的光斑始终在图像模块的视野范围内，第二光标指示控制器由示教操作者手持操作；

s22：启动机器人模块、开启第一光标指示器和图像模块，示教操作者再开启第二光标指示器，使第二光标指示器照射的光斑在第一光标指示器照射的光斑附近，且均在图像模块的视野内，具体实施中，在开启图像模块之前，需要进行图像模块参数标定以及图像模块与机器人单元末端的参数标定；

s23：进行图像处理，识别第一光标光斑和第二光标光斑的位置，并控制机器人单元末端运动，使两光斑趋于重合；

具体实施中，请参阅图4，s23包括：

a1：开启第一光标指示器，拍照获取第一光斑图像为第一图像；

a2：再开启第二光标指示器，拍照获取第一光斑和第二光斑图像为第二图像；

a3：处理第一和第二图像，区分第一光斑和第二光斑；

a4：处理第二图像，计算两光斑相对位置，给出机器人运动指令；

a5：机器人运动，第一光斑向第二光斑靠近；

a6：拍照判断两光斑是否重合；

a7：若重合，机器人停止运动；

若未重合则重复步骤a2-a6，直至两光斑重合。

s24：示教操作者移动第二光斑，使第二光斑停于工件目标位置，机器人单元末端跟随移动，获取第一光斑、第二光斑、工件目标位置重合时第一光斑的位置为目标点位置坐标，具体实施中，焊接示教需要得到焊缝的起点和终点，需要将相机坐标系c下所述第一光斑的坐标^cpo转换到机器人基坐标系b，具体转换过程为为所述相机坐标系c到机器人单元末端坐标系e的变换矩阵，为所述机器人单元末端坐标系e到机器人基坐标系b的变换矩阵，^bpo为所述机器人基坐标系b下的目标位置。

s25：以所述第一光斑与目标点重合的位置为滑动坐标系原点，建立滑动坐标系v，操作第二光标指示控制器上的按钮，发送运动指令，使机器人单元末端沿滑动坐标系v的“z轴”移动，以及使机器人单元末端绕滑动坐标系v的“x轴”、“y轴”或“z轴”转动，使机器人单元获得目标姿态，具体实施中，操作第二光标指示控制器上的按钮，使机器人单元末端绕滑动坐标系的“x轴”、“y轴”、“z轴”转动，进而获得机器人单元示教姿态的具体步骤为：

以所述第一光斑与目标点重合的位置为笛卡尔坐标系原点，建立滑动坐标系v；

目标姿态的转化过程为：

其中，所述滑动坐标系v的原点到所述机器人单元末端坐标系e变换矩阵的转化过程为：

其中，通过所述图像模块的标定数据获得，通过所述计算机器人单元中机械手臂转动角度获得，的逆矩阵。

所述机器人单元末端坐标系e到机器人基坐标系b变换矩阵的转化过程为：

其中，θ为所述第二光标指示器的按键步进角度，i为所述机器人单元的转动坐标轴。

当所述机器人单元末端绕相机坐标系的x轴转动时：

当所述机器人单元末端绕相机坐标系的y轴转动时：

当所述机器人单元末端绕相机坐标系的z轴转动时：

本实施例中，滑动坐标系v中的xyz方向与机器人基坐标系b中的xyz方向相同，通过切换x\y\z轴，改变机器人单元末端姿态，完成姿态示教。

具体实施焊接应用时，重复s22-s24，记录焊缝起点和终点的空间位置和焊枪姿态，完成焊缝点示教。

图5示出了本发明实施例的示教系统功能模块图，其中包括：

视觉处理单元51，应用图像处理技术，获取光标光斑在图像中的位置；

坐标系转换单元52，将得到的光标光斑从相机坐标系转换为机器人基坐标系；

控制单元53，控制机器人跟随第二光标光斑运动及绕轴旋转；

存储单元54，存储目标点的空间坐标及示教姿态。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。