本发明涉及示教机器人领域，特别涉及一种基于图像对比的标靶示教、加工方法。
背景技术：
当前工业机器人的示教编程需要编程操作人员对机器人非常熟悉，熟练掌握相关的编程知识，这导致要花费较长的时间和较高的成本用于培训工业机器人编程操作人员，进而提高了工业机器人应用的门槛，也提高了工业机器人应用的成本。
目前使用视觉系统多数用于解决某个专业领域的技术应用，而用于示教编程的视觉系统，存在工业机器人系统重复精度较低，运算量大，响应速度较慢，易受遮挡的问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于图像对比的标靶示教、加工方法。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种基于图像对比的标靶示教方法，
包括如下步骤：
步骤a)装备带有手动信号发生器的具有标定面的标靶、示教加工设备、具有示教工作坐标系的示教系统设备、设在示教系统设备旁侧的示教机器人，所述示教系统设备包括在示教工作坐标系内移动的示教视觉感应模块，示教视觉感应模块的旁侧设有示教工作台面，示教视觉感应模块上设有示教姿态传感器、示教给定摄像头；示教给定摄像头为双目或多目摄像头；
将工件放置在示教工作台面上，将示教视觉感应模块与示教加工设备固定连接在一起，将示教加工设备与示教机器人连接在一起；
步骤b)启动标靶、示教姿态传感器、示教给定摄像头，示教机器人驱动示教感应模块跟踪标定面，使得示教感应模块与标定面保持恒定的距离和恒定的角度，操作人员移动标靶，使示教机器人带动示教加工设备依次移动到工件的各个加工位置，从而得到示教机器人的连续的机器人位姿数据，示教加工设备在加工位置上的机器人位姿数据称为加工位姿数据，在示教加工设备到达每一个加工位置或每一段加工位置时，操作人员令手动信号发生器发出确认信号，使得确认信号与加工位姿数据进行匹配对应；
步骤d)将确认信号与加工位姿数据匹配对应的数据经处理形成加工轨迹数据。
作为上述方案的进一步改进，标靶上设有姿态传感器。
作为上述方案的进一步改进，还包括设在示教工作台面的旁侧和/或示教工作台面的上方的用于构建示教工作坐标系的、录入示教视觉感应模块的行走轨迹的带有示教构建摄像头的示教构建模块；示教构建摄像头为双目摄像头或多目摄像头；
在步骤b)后且在步骤d)前还设有：
步骤c)将标靶离开示教给定摄像头的监视范围；让示教机器人依次复现步骤b)中的所有的机器人位姿数据对应的示教机器人的位姿，并在复现过程中，让示教构建模块的示教构建摄像头录入示教视觉感应模块在示教工作坐标系内的轨迹，从而形成包含多个轨迹点的轨迹数据，在复现过程中同步地让示教给定摄像头对工件进行拍照形成给定图像数据、让示教姿态传感器感知示教视觉感应模块的姿态形成姿态数据，将带有给定图像数据、姿态数据的轨迹数据送至编程系统，从而形成对比数据集，所述对比数据集让轨迹数据的轨迹点作为母数据，而每个母数据均对应一组子数据，所述子数据包含有示教视觉感应模块在每个轨迹点的位置时的给定图像数据、姿态数据，将母数据、母数据对应的子数据与加工位姿数据进行一一对应，并加入到加工位姿数据内，从而形成新的加工位姿数据。
还包括设在步骤a)后的步骤a1)、在步骤a1)后且在步骤c)后的步骤b1)，在步骤d)前且在步骤b1)后的步骤c1)；
步骤a1)将固定有示教系统设备的示教加工设备作为建模设备，将示教机器人作为调教机器人，将建模设备安装在调教机器人上，在工件的周围设置若干个约束点，让调教机器人带动建模设备基于调教机器人的机器人坐标，让建模设备以指定路径、指定姿态地依次经过上述若干个约束点，并对工件进行拍摄，使得指定路径上的轨迹点均带有姿态信息、图像信息的立体基础数据，整合所有的立体基础数据，从而生成工件的实物立体模型；
步骤b1)将所有的母数据和/或子数据中的姿态数据点/线化地可视化地与实物立体模型共同呈现，被可视化的母数据和/或子数据称为模拟数据，调整部分模拟数据和/或增减模拟数据；
步骤c1)让调教机器人带动建模设备以调教机器人的机器人坐标经过模拟数据所确定的实际的空间点，所述的实际的空间点称为模拟点，建模设备在每个模拟点上的姿态均由模拟数据所确定，从而重新生成示教工作坐标系内的母数据、母数据对应的子数据。
作为上述方案的进一步改进，示教构建模块内设有姿态传感器，包括至少两个示教构建模块，示教工作台面的左侧或右侧或前侧或后侧设有至少一个示教构建模块，示教工作台面的上方设有至少一个示教构建模块，至少有一个示教构建模块称为全局构建模块，所述全局构建模块的示教构建摄像头的监视范围覆盖其他所有的示教构建模块；全局构建模块的示教构建摄像头的监视范围均分别与其他所有的示教构建模块的示教构建摄像头监视范围相交，步骤c)中复现了步骤b)中每一个机器人位姿数据对应的示教机器人的位姿时，能监视到示教机器人的示教构建模块的示教构建摄像头对示教机器人拍照，从而形成与机器人基础数据一一对应的机器人姿态图像数据。
一种基于图像对比的加工方法，
执行任一项上述的一种基于图像对比的标靶示教方法的所有步骤后执行如下步骤：
步骤d1)装备加工工作台面、设在加工工作台面旁侧的加工机器人，加工机器人上设有流水加工设备，将工件放在加工工作台面上，加工机器人根据加工轨迹数据带动流水加工设备对工件进行加工。
一种基于图像对比的加工方法，
执行任一项上述的一种基于图像对比的标靶示教方法的所有步骤后执行如下步骤：
步骤d2)装备流水加工设备、具有加工工作坐标系的加工系统设备、设在加工系统设备旁侧的加工机器人，加工系统设备包括在加工工作坐标系内移动的加工视觉感应模块，加工视觉感应模块的旁侧加工工作台面，加工工作台面的旁侧和/或加工工作台面的上方设有用于构建加工工作坐标系的、录入加工视觉感应模块的行走轨迹的加工构建模块，加工构建模块与示教构建模块结构相同，加工视觉感应模块上设有加工姿态传感器、加工当前摄像头；加工当前摄像头为双摄像头或多目摄像头；
将工件放置在加工工作台面上，将加工视觉感应模块与流水加工设备固定连接在一起，流水加工设备与加工机器人连接；
步骤e)在加工工作台面上放置工件，让加工构建模块以工件为基点构建加工工作坐标系，加工机器人根据加工轨迹数据带动加工视觉感应模块依次经过轨迹点；
在加工视觉感应模块到达对比数据集的轨迹点后，加工机器人根据轨迹点对应的子数据中的姿态数据来确认或调整加工视觉感应模块的姿态，使得加工视觉感应模块的在加工时的姿态与在示教视觉感应模块同一轨迹点上的姿态相同；
让加工当前摄像头对工件进行图像拍摄形成当前图像数据，将当前图像数据与示教视觉感应模块所在的轨迹点对应的子数据中的给定图像数据进行对比，若当前图像数据与给定图像数据的图片对比结果在公差范围内时，启动或保持流水加工设备对工件进行加工，而若当前图像数据与给定图像数据的图片对比结果超出公差范围时，暂停流水加工设备对工件的加工，让加工机器人带动加工视觉感应模块调整姿态、位置，并持续获得当前图像数据并让新获得的当前图像数据与给定图像数据的图片对比，从而让加工视觉感应模块的姿态、位置与子数据相同，然后启动流水加工设备对工件进行加工；
示教加工设备、示教视觉感应模块连接后的相对位置与流水加工设备加工视觉感应模块连接后的相对位置相同；示教系统设备与加工系统设备的结构相同；示教加工设备与流水加工设备的结构相同。
作为上述方案的进一步改进，还包括移动工作台，移动工作台的上表面为所述的加工工作台面。
作为上述方案的进一步改进，示教系统设备与加工系统设备为同一设备；示教加工设备与流水加工设备为同一设备。
作为上述方案的进一步改进，加工机器人、示教机器人为同一设备，加工工作台面、示教工作台面为同一设备，示教构建模块与加工构建模块为同一设备。
本发明的有益效果是：通过标靶来带动示教视觉感应模块来进行示教引导，可以大大减轻操作人员操作体力负担，让示教动作非常的灵活，而示教视觉感应模块具有姿态传感器，所以在将视觉感应模块跟随表面进行示教游走时，能将视觉感应模块上的每个轨迹点都对应有姿态数据和图像数据，然后通过图像对比确认的方法来实现工作坐标系到机器人坐标系的转换，大大降低了对操作人员的专业要求和系统数据转换运算量。本发明用于示教机器人。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
这是本发明的实施例，具体地：
一种基于图像对比的标靶示教方法，
包括如下步骤：
步骤a)装备带有手动信号发生器的具有标定面的标靶、示教加工设备、具有示教工作坐标系的示教系统设备、设在示教系统设备旁侧的示教机器人，所述示教系统设备包括在示教工作坐标系内移动的示教视觉感应模块，示教视觉感应模块的旁侧设有示教工作台面，示教视觉感应模块上设有示教姿态传感器、示教给定摄像头；示教给定摄像头为双目或多目摄像头；
将工件放置在示教工作台面上，将示教视觉感应模块与示教加工设备固定连接在一起，将示教加工设备与示教机器人连接在一起；手动信号发生器可发生加工信号或定位信号。
步骤b)启动标靶、示教姿态传感器、示教给定摄像头，示教机器人驱动示教感应模块跟踪标定面，使得示教感应模块与标定面保持恒定的距离和恒定的角度，操作人员移动标靶，使示教机器人带动示教加工设备依次移动到工件的各个加工位置，从而得到示教机器人的连续的机器人位姿数据，示教加工设备在加工位置上的机器人位姿数据称为加工位姿数据，在示教加工设备到达每一个加工位置或每一段加工位置时，操作人员令手动信号发生器发出确认信号，使得确认信号与加工位姿数据进行匹配对应；
步骤d)将确认信号与加工位姿数据匹配对应的数据经处理形成加工轨迹数据。
本实施例还包括设在示教工作台面的旁侧和/或示教工作台面的上方的用于构建示教工作坐标系的、录入示教视觉感应模块的行走轨迹的带有示教构建摄像头的示教构建模块；示教构建摄像头为双目摄像头或多目摄像头；这样的设置可以录入示教机器人示教时的姿态图片，并用于加工时的对比，从而实现快速对机器人的姿态、位置的快速调节、定位、导航。
通过标靶来带动示教视觉感应模块来进行示教引导，可以大大减轻操作人员操作体力负担，让示教动作非常的灵活，而示教视觉感应模块具有姿态传感器，所以在将视觉感应模块跟随表面进行示教游走时，能将视觉感应模块上的每个轨迹点都对应有姿态数据和图像数据，然后通过图像和姿态的对比确认的方法来实现工作坐标系到机器人坐标系的转换，大大降低了对操作人员的专业要求和系统数据转换运算量。
在步骤b)后且在步骤d)前还设有：
步骤c)将标靶离开示教给定摄像头的监视范围；让示教机器人依次复现步骤b)中的所有的机器人位姿数据对应的示教机器人的位姿，并在复现过程中，让示教构建模块的示教构建摄像头录入示教视觉感应模块在示教工作坐标系内的轨迹，从而形成包含多个轨迹点的轨迹数据，在复现过程中同步地让示教给定摄像头对工件进行拍照形成给定图像数据、让示教姿态传感器感知示教视觉感应模块的姿态形成姿态数据，将带有给定图像数据、姿态数据的轨迹数据送至编程系统，从而形成对比数据集，所述对比数据集让轨迹数据的轨迹点作为母数据，而每个母数据均对应一组子数据，所述子数据包含有示教视觉感应模块在每个轨迹点的位置时的给定图像数据、姿态数据，将母数据、母数据对应的子数据与加工位姿数据进行一一对应，并加入到加工位姿数据内，从而形成新的加工位姿数据。
采用标靶来引导机器人动作，能避免人力举起沉重的示教加工设备，步骤c)能直接通过图像的对比能实现。通过图像对比确认的方法来实现工作坐标系到机器人坐标系的转换，大大降低了对操作人员的专业要求和系统数据转换运算量，操作人员可以不懂示教编程，只需要按部就班来执行上述步骤就能生产加工轨迹数据的轨迹，而步骤c)中的加工轨迹数据的轨迹正是基于示教机器人的机器人坐标建立的，能直接驱动机器人。
由于示教视觉感应模块由姿态传感器感应出的姿态及对应的实物图像确定，属于闭环控制；比机器人自身控制的精度高，因此大大提高了机器人的重复精度；同时，由姿态传感器直接测量出姿态数据、并调正姿态，图像对比时机器人只需作上下、左右、前后的平移运动，省去了大量、复杂的运输，使系统得以高效运行。
标靶上设有姿态传感器，这样在示教过程中，通过对比示教视觉感应模块内和标靶的姿态传感器的数据，就能实现联动，能很方便快捷地保持恒定的角度，避免了控制系统的大量姿态运算。
本实施例的标靶上还设有姿态传感器，让标靶上的姿态传感器与示教机械人的控制系统连接，让示教机器人的动作姿态与标靶上的姿态传感器的数据相适配、根据标靶上的姿态传感器的数据进行姿态调整，而标靶可仅仅负责引导示教机器人带动示教视觉感应模块，来确保标靶与示教视觉感应模块之间的相对距离，这样就降低了控制系统的运算量，提高运算速度。
本实施例还包括设在步骤a)后的步骤a1)、在步骤a1)后且在步骤c)后的步骤b1)，在步骤d)前且在步骤b1)后的步骤c1)；
步骤a1)将固定有示教系统设备的示教加工设备作为建模设备，将示教机器人作为调教机器人，将建模设备安装在调教机器人上，在工件的周围设置若干个约束点，让调教机器人带动建模设备基于调教机器人的机器人坐标，让建模设备以指定路径、指定姿态地依次经过上述若干个约束点，并对工件进行拍摄，使得指定路径上的轨迹点均带有姿态信息、图像信息的立体基础数据，整合所有的立体基础数据，从而生成工件的实物立体模型；
步骤a1)将固定有示教系统设备的示教加工设备作为建模设备，将示教机器人作为调教机器人，将建模设备安装在调教机器人上，在工件的周围设置若干个约束点，让调教机器人带动建模设备基于调教机器人的机器人坐标，让建模设备以指定路径、指定姿态地依次经过上述若干个约束点，并对工件进行拍摄，使得指定路径上的轨迹点均带有姿态信息、图像信息的立体基础数据，整合所有的立体基础数据，从而生成工件的实物立体模型；
通过这样的方法生成的实物立体模型可在计算机屏幕上直接显示，而每个轨迹点也均可在计算机屏幕上显示，这就很方便地实现了人机交互，降低了调整轨迹点的专业化难度，任何人，无需高学历、无需非常丰富的编程经验和能力，经过简单的培训，就能调整定位数据，从而实现在加工过程中的精确定位。
步骤b1)将所有的母数据和/或子数据中的姿态数据点/线化地可视化地与实物立体模型共同呈现，被可视化的母数据和/或子数据称为模拟数据，调整部分模拟数据和/或增减模拟数据；
本发明所述的实物立体模型为实体模型或工件上部分的表面对应的曲面模型，而正是生成了实物立体模型，同时模拟数据将轨迹点可视化地与实物立体模型共同呈现，这样才能避免专业化的程序修改，能通过可视化的操作来调整模拟数据，降低了示教编程的专业难度。
由于模拟数据是以机器人坐标建立的，为了将模拟数据快速地转化为在示教工作坐标系内的母数据及母数据对应的子数据，可以通过步骤c1)来实现。
步骤c1)让调教机器人带动建模设备以调教机器人的机器人坐标经过模拟数据所确定的实际的空间点，所述的实际的空间点称为模拟点，建模设备在每个模拟点上的姿态均由模拟数据所确定，从而重新生成示教工作坐标系内的母数据、母数据对应的子数据。
步骤c1)避免了传统的坐标运算映射运算，降低了系统运算的负担，也避免了累积误差，提高了重复精度。
本发明不采用工件的原始三维模型而采用工件生成的实物立体模型，能非常好地进行精准调整母数据和子数据，因为实物立体模型与工件的原始三维模型的拔模斜度、材料收缩率都会有所不同，用原始三维模型调整出来的母数据和子数据并不能适用于高精度的加工。而步骤a1)、步骤b1)、步骤c1)通过坐标系的转换，能降低系统的运算负担，也能避免累积误差，从而实现高精度的加工，而且能避免机器人自身的精度不足带来的加工精度不足的问题，大大降低为了补偿机器人自身的动作精度而导致的大量的补偿运算。
示教构建模块内设有姿态传感器，包括至少两个示教构建模块，示教工作台面的左侧或右侧或前侧或后侧设有至少一个示教构建模块，示教工作台面的上方设有至少一个示教构建模块，至少有一个示教构建模块称为全局构建模块，所述全局构建模块的示教构建摄像头的监视范围覆盖其他所有的示教构建模块；全局构建模块的示教构建摄像头的监视范围均分别与其他所有的示教构建模块的示教构建摄像头监视范围相交，步骤c)中复现了步骤b)中每一个机器人位姿数据对应的示教机器人的位姿时，能监视到示教机器人的示教构建模块的示教构建摄像头对示教机器人拍照，从而形成与机器人基础数据一一对应的机器人姿态图像数据。
这样的设置可以防止中断对机器人的监视，而且能对机器人进行多个加工位置的定位，也能在加工的时候通过图片对比的方法，将加工当前摄像头获得的实时图片与机器人姿态图像数据进行对比，从而实现快速的的机器人位置导航、机器人自身的姿态调整。
一种基于图像对比的加工方法，
执行任一项上述的一种基于图像对比的标靶示教方法的所有步骤后执行如下步骤：
步骤d1)装备加工工作台面、设在加工工作台面旁侧的加工机器人，加工机器人上设有流水加工设备，将工件放在加工工作台面上，加工机器人根据加工轨迹数据带动流水加工设备对工件进行加工。
这样的加工方法，适用于高精度的加工和一般精度的加工，而超高精度的加工可采用如下的加工方法。
一种基于图像对比的加工方法，
执行任一项上述的一种基于图像对比的标靶示教方法的所有步骤后执行如下步骤：
步骤d2)装备流水加工设备、具有加工工作坐标系的加工系统设备、设在加工系统设备旁侧的加工机器人，加工系统设备包括在加工工作坐标系内移动的加工视觉感应模块，加工视觉感应模块的旁侧加工工作台面，加工工作台面的旁侧和/或加工工作台面的上方设有用于构建加工工作坐标系的、录入加工视觉感应模块的行走轨迹的加工构建模块，加工构建模块与示教构建模块结构相同，加工视觉感应模块上设有加工姿态传感器、加工当前摄像头；加工当前摄像头为双摄像头或多目摄像头；
将工件放置在加工工作台面上，将加工视觉感应模块与流水加工设备固定连接在一起，流水加工设备与加工机器人连接；
步骤e)在加工工作台面上放置工件，让加工构建模块以工件为基点构建加工工作坐标系，加工机器人根据加工轨迹数据带动加工视觉感应模块依次经过轨迹点；
在加工视觉感应模块到达对比数据集的轨迹点后，加工机器人根据轨迹点对应的子数据中的姿态数据来确认或调整加工视觉感应模块的姿态，使得加工视觉感应模块的在加工时的姿态与在示教视觉感应模块同一轨迹点上的姿态相同；
让加工当前摄像头对工件进行图像拍摄形成当前图像数据，将当前图像数据与示教视觉感应模块所在的轨迹点对应的子数据中的给定图像数据进行对比，若当前图像数据与给定图像数据的图片对比结果在公差范围内时，启动或保持流水加工设备对工件进行加工，而若当前图像数据与给定图像数据的图片对比结果超出公差范围时，暂停流水加工设备对工件的加工，让加工机器人带动加工视觉感应模块调整姿态、位置，并持续获得当前图像数据并让新获得的当前图像数据与给定图像数据的图片对比，从而让加工视觉感应模块的姿态、位置与子数据相同，然后启动流水加工设备对工件进行加工；
示教加工设备、示教视觉感应模块连接后的相对位置与流水加工设备加工视觉感应模块连接后的相对位置相同；示教系统设备与加工系统设备的结构相同；示教加工设备与流水加工设备的结构相同。此加工方法会一直跟踪工件，所以不管是在实际的流水加工中采用何种机器人、工件是否在运动，加工机器人都能精确地完成示教程序所规定的动作，能非常好地还原示教动作。而且，示教程序非常便于移植，一次示教，可用于多个加工系统，而且每个加工系统旁侧的机器人一旦发生损坏，那么将备用的加工机器人装载示教程序，随便安装在原加工机器人的旁侧，就能实现加工。而加工构建摄像头能让加工感应模块进行快速定位，而当前图像数据与给定图像数据的图片对比结果可让加工机器人能对加工感应模块进行精确的位置、姿态调整，从而让实现精确的实现示教动作，甚至示教的地点与加工的地点都可以不同。根据图像的对比分析的方法，这样能自动补偿加工误差，避免了通过算法来降低误差所带来的系统运算负荷重的问题，能大大提高重复精度。所述误差包括机械人的运动误差、轨迹数据的累积误差、加工时机械人的自身振动导致的误差、机器人长时间使用后出现磨损带来的的误差、机器人抓取重物导致机器人的各个臂出现挠度导致的为误差。
为了便于连续加工，还包括移动工作台，移动工作台的上表面为所述的加工工作台面。而正是由于本发明的用工件的图像对比的跟踪示教、加工方法，才能实现移动工件的精确加工。
示教系统设备与加工系统设备为同一设备；示教加工设备与流水加工设备为同一设备。
加工机器人、示教机器人为同一设备，加工工作台面、示教工作台面为同一设备，示教构建模块与加工构建模块为同一设备。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。