快换装置的更换系统、方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本技术涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种快换装置的更换系统、方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.在实际工业应用案例中，通常要求一台机器人末端搭载多种类型工具或同一类型工具的多种不同型号进行作业，就需要机器人末端能够对不同工具进行更换。
3.如图1所述，工具快换装置可使单台机器人使用多样工具，一套工具快换装置包含两种配合组件，即机器人侧（master side）和工具侧（tool side），机器人侧对接面上设有定位销1，工具侧对接面上设有定位销套筒2，快换两部分对接时，定位销1插入对应套筒2内，通过气动装置进行刚性连接。
4.工业应用中，多种安装有工具侧的执行工具被放置在固定基座上，机器人安装有机器人侧，机器人侧可根据需要与工具侧进行连接，从而使用对应的工具进行作业。
5.机器人侧与工具侧的连接定位路径目前是由熟练工人标定完成，两侧连接时，快换装置上的定位销和定位销套筒之间冗余空间较小，要想机器人侧与工具侧精准对接，对工人示教标定精度要求较高，尤其在工具固定基座发生轻微变形时，需要重新对两侧对接路径点进行人工标定，现有的更换方法存在效率低、精度低的问题。
6.针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。


技术实现要素：

7.本技术实施例的目的在于提供一种快换装置的更换系统、方法、装置、电子设备及存储介质，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程。
8.第一方面，本技术实施例提供了一种快换装置的更换系统，用于机器人配对安装快换装置，所述快换装置包括安装在机器人法兰上的机器人侧和放置在工具库固定位置的工具侧，包括：视觉定位装置，安装在机器人工作场所中的固定位置，用于获取机器人侧的第一位姿信息和工具侧的第二位姿信息；主控器，用于根据视觉定位装置的位置和机器人的位置标定视觉定位装置与机器人的位姿关系以建立空间坐标系，用于根据所述第一位姿信息和所述第二位姿信息分别计算获取机器人侧在空间坐标系中的第一位姿和工具侧在空间坐标系中的第二位姿；所述主控器根据第一位姿和第二位姿控制机器人运动使机器人侧与工具侧法向配对。
9.本技术实施例提供的一种快换装置的更换系统，利用视觉定位装置获取机器人侧的第一位姿信息和工具侧的第二位姿信息，通过空间坐标系确定机器人侧和工具侧的位姿，即获取了机器人侧和工具侧朝向、位置等信息，以此为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置
的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
10.所述的一种快换装置的更换系统，其中，所述机器人侧设有供视觉定位装置识别定位以获取第一位姿信息的第一二维码，所述工具侧设有供视觉定位装置识别定位以获取第二位姿信息的第二二维码。
11.所述的一种快换装置的更换系统，其中，还包括压力传感器，所述压力传感器连接于机器人法兰与机器人侧，用于检测机器人侧与工具侧配对时检测机器人侧与工具侧之间的法向接触力。
12.第二方面，本技术实施例还提供了一种快换装置的更换方法，用于机器人配对安装快换装置，所述快换装置包括安装在机器人法兰上的机器人侧和放置在工具库固定位置的工具侧，所述方法包括以下步骤：s1、建立基于机器人基座位置构建的空间坐标系；s2、获取关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息；s3、根据第一位姿信息和第二位姿信息分别计算获取机器人侧在空间坐标系中的第一位姿和工具侧在空间坐标系中的第二位姿；s4、根据第一位姿和第二位姿控制机器人运动使机器人侧与工具侧法向配对。
13.本技术实施例的一种快换装置的更换方法，构建关于机器人基座的空间坐标系后，将关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息，转换成空间坐标系中的第一位姿和第二位姿，即获取了机器人侧和工具侧在空间坐标系中的朝向、位置等信息，以此为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
14.所述的一种快换装置的更换方法，其中，步骤s4包括以下子步骤：s41、基于第二位姿沿所述工具侧法向位移预设距离获取虚拟位姿；s42、控制机器人侧从第一位姿位位置移至虚拟位姿位置；s43、调节机器人侧朝向正对工具侧；s44、控制机器人侧进行法向位移，使机器人侧与工具侧配对。
15.所述的一种快换装置的更换方法，其中，步骤s43包括以下子步骤：s431、获取机器人侧在虚拟位姿位置处的第三位姿信息；s432、基于第三位姿信息获取机器人侧在空间坐标系中的第三位姿；s433、根据第三位姿和虚拟位姿获取机器人侧和工具侧朝向夹角；s434、根据朝向夹角调节机器人侧朝向至正对工具侧。
16.所述的一种快换装置的更换方法，其中，步骤s434中，基于机器人法兰调节所述机器人侧朝向。
17.第三方面，本技术实施例还提供了一种快换装置的更换装置，用于机器人配对安装快换装置，所述快换装置包括安装在机器人法兰上的机器人侧和放置在工具库固定位置的工具侧，所述更换装置包括：坐标系模块，用于建立基于机器人基座位置构建的空间坐标系；获取模块，用于获取关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信
息；位姿模块，用于根据第一位姿信息和第二位姿信息分别计算获取机器人侧在空间坐标系中的第一位姿和工具侧在空间坐标系中的第二位姿；控制模块，用于根据第一位姿和第二位姿控制机器人运动使机器人侧与工具侧法向配对。
18.本技术实施例的一种快换装置的更换装置，利用坐标系模块构建关于机器人基座的空间坐标系后，将获取模块获取的关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息，通过位姿模块转换成空间坐标系中的第一位姿和第二位姿，即获取了机器人侧和工具侧在空间坐标系中的朝向、位置等信息，最后通过控制模块以此为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
19.第四方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。
20.第五方面，本技术实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。
21.由上可知，本技术实施例提供了一种快换装置的更换系统、方法、装置、电子设备及存储介质，其中，系统通过视觉定位装置获取机器人侧的第一位姿信息和工具侧的第二位姿信息，结合空间坐标系确定机器人侧和工具侧的位姿，以位姿为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
附图说明
22.图1为现有的快换装置的结构示意图。
23.图2为本技术实施例提供的一种快换装置的更换系统的结构示意图。
24.图3为本技术实施例提供的一种快换装置的更换方法的流程图。
25.图4为本技术实施例提供的一种快换装置的更换装置的结构示意图。
26.图5为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.第一方面，请参照图2，图2是本技术一些实施例中的一种快换装置的更换系统，用于机器人配对安装快换装置，快换装置包括安装在机器人法兰上的机器人侧和放置在工具库固定位置的工具侧，包括：视觉定位装置，安装在机器人工作场所中的固定位置，用于获取机器人侧的第一位姿信息和工具侧的第二位姿信息；主控器，用于根据视觉定位装置的位置和机器人的位置标定视觉定位装置与机器人的位姿关系以建立空间坐标系，用于根据第一位姿信息和第二位姿信息分别计算获取机器人侧在空间坐标系中的第一位姿和工具侧在空间坐标系中的第二位姿；主控器根据第一位姿和第二位姿控制机器人运动使机器人侧与工具侧法向配对。
30.本技术实施例提供的一种快换装置的更换系统，利用视觉定位装置获取机器人侧的第一位姿信息和工具侧的第二位姿信息，通过空间坐标系确定机器人侧和工具侧的位姿，即获取了机器人侧和工具侧朝向、位置等信息，以此为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
31.具体地，第一位姿信息包括机器人侧在视觉定位位置视觉中的位置和朝向，第二位姿信息包括工具侧在视觉定位位置视觉中的位置和朝向。
32.具体地，标定视觉定位装置与机器人的位姿关系以建立空间坐标系实质是以机器人基座为原点建立空间坐标系，由于视觉定位装置和机器人基座均固定在工作场所中，两者的位置关系相对固定，标定视觉定位装置与机器人的位姿关系用于确定两者准确的位姿关系，以此作为空间坐标系的转换基础。
33.具体地，由于通过标定视觉定位装置与机器人的位姿关系以建立空间坐标系，确定了视觉定位装置获取的视觉信息转换成空间坐标系中的换算条件，因此，主控器基于空间坐标系的换条件根据第一位姿信息和第二位姿信息分别计算获取机器人侧在空间坐标系中的第一位姿和工具侧在空间坐标系中的第二位姿。
34.具体地，第一位姿反映了机器人侧在空间坐标系中的坐标和机器人侧的朝向，第二位姿反映了工具侧在空间坐标系中的坐标和机器人侧的朝向。
35.具体地，以空间坐标系构建位姿数据作为机器人侧和工具侧的配对基础，确保了机器人侧能精确、顺利地位移至工具侧处进行对接，提高配对精度。
36.具体地，标定视觉定位装置与机器人两者位姿关系通过人工提前测量标定，从而使得视觉定位装置获取的图像内容可精确转换成空间坐标系中的数据信息。
37.具体地，视觉定位装置为双目相机，双目相机可持续获取深度图像，基于深度图像分析能获取机器人侧的第一位姿信息和工具侧的第二位姿信息。
38.在一些优选的实施方式中，机器人侧设有供视觉定位装置识别定位以获取第一位姿信息的第一二维码，工具侧设有供视觉定位装置识别定位以获取第二位姿信息的第二二维码。
39.具体地，视觉定位装置持续获取深度图像，识别到二维码后，分析二维码内容以确
定识别目标为机器人侧还是工具侧，基于深度图像分析可确定对应二维码的位置，即确定第一二维码对应机器人侧的位置和第二二维码对应工具侧的位置，主控器基于视觉定位装置获取的位置数据可换算成空间坐标系中的坐标数据，确定机器人侧和工具侧在空间坐标系中的位置；基于二维码形态（长、宽、倾斜度）和对应机器人侧、工具侧的轮廓可确定机器人侧、工具侧的朝向，主控器基于视觉定位装置获取的朝向数据可换算成空间坐标系中的朝向数据，结合空间坐标系中的坐标数据，可确定机器人侧的第一位姿和工具侧的第二位姿。
40.具体地，第一二维码和第二二维码分别设于机器人侧和工具侧两者的对接面上，由此，视觉可基于第一二维码和第二二维码位置、形态确定机器人侧和工具侧的朝向。
41.具体地，工具库不同固定位置放置有不同的工具侧，不同的工具侧对应有内容不同的第二二维码，根据使用需求和第二二维码内容可确定需要配对的工具侧位置。
42.具体地，视觉定位装置位于机器人侧和工具侧之间，以便获取第一二维码和第二二维码。
43.更具体地，视觉定位装置为广角拍摄或可摆动拍摄，以便获取第一二维码和第二二维码。
44.在一些优选的实施方式中，还包括压力传感器，压力传感器连接于机器人法兰与机器人侧，用于检测机器人侧与工具侧配对时检测机器人侧与工具侧之间的法向接触力。
45.具体地，由于机器人侧与工具侧对接工程的过程是通过机器人运动使得机器人侧朝向工具侧法向位移进行对接的，因此在对接过程中可能发生机器人侧与工具侧接触力过大的情况而影响配对过程或损失快换装置；通过设置连接于机器人法兰与机器人侧的压力传感器，实时监测机器人侧与工具侧之间的法向力数据（该法向力数据由机器人侧作用于压力传感器上获取），以确保机器人侧与工具侧之间接触力稳定不变，使得快换装置更换顺利；另外，如在机器人侧与工具侧对接过程中，若压力传感器检测的法向接触力在对接任务完成前发生突变，则结束当前对接任务，机器人复位，重新进行定位识别，避免快换装置或机器人损伤。
46.更具体地，压力传感器优选为六维力传感器。
47.第二方面，请参照图3，图3是本技术一些实施例中提供的一种快换装置的更换方法，用于机器人配对安装快换装置，快换装置包括安装在机器人法兰上的机器人侧和放置在工具库固定位置的工具侧，方法包括以下步骤：s1、建立基于机器人基座位置构建的空间坐标系；具体地，建立空间坐标系使空间位移、转向数值化，利于后续机器人侧和工具侧配对时的运动数据计算。
48.s2、获取关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息；具体地，读取外部设备测取的关于机器人的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息，以确定机器人侧和工具侧在配对前的起始位姿特点。
49.s3、根据第一位姿信息和第二位姿信息分别计算获取机器人侧在空间坐标系中的第一位姿和工具侧在空间坐标系中的第二位姿；由于外部设备测取的第一位姿信息和第二位姿信息是基于外部设备自身位置测量的，将该数据转成空间坐标系中具有准确坐标数据的第一位姿和第二位姿，可清楚反映
机器人侧和工具侧的位置和朝向，其次，由于空间坐标系是基于机器人基座位置进行构建的，有利于空间计算确定机器人的运动逻辑。
50.s4、根据第一位姿和第二位姿控制机器人运动使机器人侧与工具侧法向配对。
51.具体地，确定了关于机器人侧的第一位姿和关于工具侧的第二位姿，对两个位姿进行分析规划处机器人运动轨迹以使得机器人侧能精确、顺利地与工具侧法向配对。
52.本技术实施例的一种快换装置的更换方法，构建关于机器人基座的空间坐标系后，将关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息，转换成空间坐标系中的第一位姿和第二位姿，即获取了机器人侧和工具侧在空间坐标系中的朝向、位置等信息，以此为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
53.在一些优选的实施方式中，步骤s4包括以下子步骤：s41、基于第二位姿沿工具侧法向位移预设距离获取虚拟位姿；具体地，设定工具侧配对面中心为a，机器人侧配对面中心为b，即a点位姿代表工具侧在空间坐标系中的第二位姿，b点位姿代表机器人侧在空间坐标系中的第一位姿。
54.更具体地，设定预设距离d，a点位姿沿法向方向位移距离d后达到c点，该c点位姿为虚拟位姿。
55.s42、控制机器人侧从第一位姿位位置移至虚拟位姿位置；具体地，控制机器人侧配对面中心从b点移动到c点，标记为c’。
56.s43、调节机器人侧朝向正对工具侧；具体地，将机器人侧c’点位姿朝向调整与c点虚拟位姿朝向相反，即使得机器人侧配对面沿法向正对工具侧配对面，且距离为d。
57.s44、控制机器人侧进行法向位移，使机器人侧与工具侧配对。
58.具体地，控制机器人侧朝向工具侧位移距离d即可使得机器人侧与工具侧配对。
59.在一些优选的实施方式中，步骤s43包括以下子步骤：s431、获取机器人侧在虚拟位姿位置处的第三位姿信息；具体地，由于机器人侧从b点位移至c’过程中，机器人侧的朝向可能发生改变，因此需要获取机器人侧在c’点处的第三位姿信息。
60.具体地，获取第三位姿信息可通过外部设备重新测取计算，也可以基于机器人运行逻辑中转轴运动变化进行计算。
61.s432、基于第三位姿信息获取机器人侧在空间坐标系中的第三位姿；具体地，基于第三位姿信息重新确定机器人侧在空间坐标系中的第三位姿，确定机器人侧在c’点在空间坐标系仲的具体坐标位置、朝向。
62.s433、根据第三位姿和虚拟位姿获取机器人侧和工具侧朝向夹角；具体地，该步骤可以是基于第三位姿的中关于机器人侧的朝向和虚拟位姿关于工具侧的朝向确定机器人侧与工具侧的朝向夹角，这种方式可直接放映出机器人侧与工具侧的朝向关系；还可以是基于第三位姿获取机器人的法兰朝向确定法兰坐标系，通过法兰坐标系与空间坐标系和工具侧法线确定法兰朝向与工具侧法线之间的夹角进而确定机器人侧与工具侧朝向夹角，这种方式直接依据机器人法兰判断夹角，而后续机器人调整机器人
侧朝向是基于调整法兰方向实现的，因此朝向夹角这种判断方式更为准确。
63.s434、根据朝向夹角调节机器人侧朝向至正对工具侧。
64.具体地，通过控制机器人运动调整其连接于机器人侧的法兰的朝向，以使机器人侧朝向正对工具侧。
65.在一些优选的实施方式中，步骤s434中，基于机器人法兰调节机器人侧朝向，在本技术实施例中，优选采用法兰坐标系确定朝向夹角的方式，使得本技术实施例的方法能通过坐标系旋转变换（调节法兰朝向以改变法兰坐标系）将机器人侧与工具侧对接面平行对应。
66.第三方面，请参照图4，图4是本技术一些实施例中提供的一种快换装置的更换装置，用于机器人配对安装快换装置，快换装置包括安装在机器人法兰上的机器人侧和放置在工具库固定位置的工具侧，更换装置包括：坐标系模块，用于建立基于机器人基座位置构建的空间坐标系；获取模块，用于获取关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息；位姿模块，用于根据第一位姿信息和第二位姿信息分别计算获取机器人侧在空间坐标系中的第一位姿和工具侧在空间坐标系中的第二位姿；控制模块，用于根据第一位姿和第二位姿控制机器人运动使机器人侧与工具侧法向配对。
67.本技术实施例的一种快换装置的更换装置，利用坐标系模块构建关于机器人基座的空间坐标系后，将获取模块获取的关于机器人侧的第一位姿信息和关于工具侧的第二位姿信息，通过位姿模块转换成空间坐标系中的第一位姿和第二位姿，即获取了机器人侧和工具侧在空间坐标系中的朝向、位置等信息，最后通过控制模块以此为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
68.第四方面，请参照图5，图5为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本技术提供一种电子设备3，包括：处理器301和存储器302，处理器301和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器302存储有处理器301可执行的计算机程序，当计算设备运行时，处理器301执行该计算机程序，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。
69.第五方面，本技术实施例提供一种存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（static random access memory, 简称sram），电可擦除可编程只读存储器（electrically erasable programmable read
‑
only memory, 简称eeprom），可擦除可编程只读存储器（erasable programmable read only memory, 简称eprom），可编程只读存储器（programmable red
‑
only memory, 简称prom），只读存储器（read
‑
only memory, 简称rom），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
70.综上，本技术实施例提供了一种快换装置的更换系统、方法、装置、电子设备及存
储介质，其中，系统通过视觉定位装置获取机器人侧的第一位姿信息和工具侧的第二位姿信息，结合空间坐标系确定机器人侧和工具侧的位姿，以位姿为基础进行机器人侧和工具侧的配对，实现高效快速精准的快换装置对接，完成快换装置的更换过程，提高了机器人快换装置的可复用性，减少了工业机器人应用中人工标定工作量，有利于提高机器人工作效率及工装对接精准度。
71.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
72.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
73.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
74.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
75.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。