CN102566574A - 一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置，通过建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，接着采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，然后对采集的信息进行处理，最终依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，本方案可快速、准确的得到机器人工作轨迹，既保证工作质量，又缩短了机器人生产节拍，提高了整个系统的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及机器人工程技术领域，特别涉及一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置。
背景技术
目前，使用机器人进行高柔性的自动化生产已成为现代工业的发展趋势。机器人在工作前需要预先设定其工作轨迹，目前以传统的示教再现为主，这就要求工件安装位置固定，同时当工件较复杂或者自动化程度较高时，机器人也无法正常工作；离线编程技术以其自动化程度更高、生产效率更好、生产环境更加安全等优点得到广泛发展，但其对工件的加工和装配尺寸精度要求较高，需对所得结果进行修正，这样便降低了整个轨迹生成的速度。为了能够快速准确的得到机器人工作轨迹，开始借助于外部传感器的作用，主要包括接触式传感器和激光传感器，接触式传感器精度较高，但同样当工件复杂时其并不能得到完整的机器人工作轨迹。
激光视觉传感器以其灵敏度和测量精度高，抗电磁场干扰能力强，可以远离电弧强光、强热区，与工件无接触及检测区域大等优点得到广泛关注，经过现有技术的文献专利检索发现，中国专利申请号：02151077.6，发明名称“型钢机器人切割与划线系统的激光定距方法”，该发明通过软件指令控制激光传感器在型钢表面上方移动，从而得到工件的距离信息，经后续的计算处理完成型钢的机器人切割与划线轨迹生成，提高了测量精度与速度并且降低了对型钢原始状态的要求，但专利仅限于型钢的切割与划线应用范围，且并无进一步分析机器人工作过程中可能存在的姿态变化，同时对于整个方法的运算速度并无详细阐述；文献[白凤民，焦佳能，费群星，三维视觉在激光焊接机器人离线编程系统中的应用[J]，电焊机，2010，40(10)：34-36]，通过视觉传感器采集焊缝图像，并经图像处理和坐标变换，获取空间焊缝的准确坐标，直接用于空间曲线焊缝的焊接，结果抗干扰强且精度较高，但是由于获取的为图像信息，处理与计算过程较复杂，降低了机器人的工作效率。
针对现有技术中轨迹生成速度较慢、当工件复杂时不能得到完整的机器人工作轨迹的问题，提出一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置是机器人工程技术领域目前急待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提出了一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置，通过建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，接着采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，然后对采集的信息进行处理，最终依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，本方案可快速、准确的得到机器人工作轨迹，既保证工作质量，又缩短了机器人生产节拍，提高了整个系统的生产效率。
为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法，包括：
步骤一、建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯；
步骤二、采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息；
步骤三、对采集的信息进行处理；
步骤四、依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
优选的，上述步骤一中，进一步包括机器人系统，由机器人本体、外部轴直线导轨与机器人控制柜组成。
优选的，上述步骤一中，是建立工控机与激光传感器的通讯以及工控机与机器人控制柜的通讯。
优选的，建立工控机与激光传感器的通讯以及工控机与机器人控制柜的通讯分别通过数据采集卡和以太网。
优选的，上述步骤一中，激光传感器为基恩士高速、高精确CCD激光位移传感器。
优选的，上述激光传感器刚性固定于机器人本体末端关节上。
优选的，上述工控机主要包含网卡、数据采集卡。
优选的，上述步骤二中，是获取激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，由机器人带动激光传感器沿直线导轨运动，通过激光传感器的扫描作用获取的工件的高度信息(Z方向)，通过读取直线导轨的编码器得到工件的长度信息(X方向)，扫描时工件Y方向信息为一固定值，通过安装夹具保证，信息获取模块通过通讯模块分别实时获取工件三个方向的信息，且信息为并行传输，不同时刻的数据对应性通过采样频率保证。
优选的，上述步骤三中，是将对采集的信息进行处理与提取，包括但不限于冗余点去除，均值滤波，特征点提取等。
优选的，上述步骤四中，是依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，当手工示教机器人工作时的初始点以及工作时用到的所有姿态，根据处理的数据相对于初始点位置和全部姿态的对应关系得到整个工作轨迹。
一种基于激光传感的机器人轨迹生成装置，包括通讯单元、采集单元、数据处理单元及轨迹生成单元，通过建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，接着采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，然后对采集的信息进行处理，最终依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
优选的，进一步包括激光传感器、机器人系统及工控机。
优选的，上述机器人系统由机器人本体、外部轴直线导轨与机器人控制柜组成。
优选的，上述通讯单元用于建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯。
优选的，上述采集单元用于采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息。
优选的，上述数据处理单元用于对采集的信息进行处理，包括但不限于冗余点去除，均值滤波，特征点提取。
优选的，上述轨迹生成单元用于依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
综上所述，本发明提供了一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置，通过建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，接着采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，然后对采集的信息进行处理，最终依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，本方案可快速、准确的得到机器人工作轨迹，既保证工作质量，又缩短了机器人生产节拍，提高了整个系统的生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为本发明实施例的装置结构示意图；
图3为本发明一具体实施例的装置示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置，通过建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，接着采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，然后对采集的信息进行处理，最终依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，本方案可快速、准确的得到机器人工作轨迹，既保证工作质量，又缩短了机器人生产节拍，提高了整个系统的生产效率。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本方案的主要思路为：本发明实施例主要包括激光传感器、机器人系统和工控机等。机器人带动激光传感器沿机器人系统中的外部轴直线导轨运动，对工件表面进行扫描，通过激光传感器获取工件高度方向信息，通过直线导轨的编码器数值获取工件长度方向上信息，工件宽度方向信息默认已知，三个方向信息均为实时采集且并行传输给工控机。工控机中的控制程序获取信息后对数据进行处理后结合示教的机器人工作起始点及全部姿态信息，得到机器人工作轨迹。即机器人带动激光传感器沿外部轴直线导轨运动扫描工件表面，并将所获取的信息及机器人运动信息传输至工控机，工控机经数据处理后快速生成轨迹并传输至机器人得到运动程序，机器人根据程序控制完成整个工作任务。本发明对于加工位置无法通过示教或者离线编程准确获取的工件，可以快速、准确的得到机器人工作轨迹，既保证工作质量，又缩短了机器人生产节拍，提高了整个系统的生产效率，因此满足现代实际工业生产中的需要，具有较好的应用前景。
本发明实施例提供一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法，如图1所示，具体步骤包括：
步骤一、建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯；
具体而言，在本发明实施例中，主要包含机器人系统、激光传感器以及工控机。机器人系统包括机器人本体、外部轴直线导轨与机器人控制柜。
在本方案中，将建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，以便机器人系统、激光传感器以及工控机间的数据采集和传输。即建立工控机与激光传感器的通讯以及工控机与机器人控制柜的通讯，且分别由数据采集卡和以太网实现。
进一步的，在本方案中，机器人系统负责搭载激光传感器运动完成信息获取以及实际工作任务，同时负责将机器人本体以及外部轴导轨的位置姿态参数输入至工控机以及接受工控机轨迹参数得到运动程序，工件长度方向的信息由外部轴导轨编码器获取。
进一步的，在本方案中，激光传感器为基恩士(KEYENCE)高速、高精确CCD激光位移传感器，它刚性固定于机器人本体末端关节上。激光传感器负责扫描工件表面获取工件高度信息，并将得到的工件位置信息经数据线输出至工控机，由数据采集卡接收。
进一步的，在本方案中，工控机是本方案的核心，它分别与机器人系统以及激光传感器进行交互，并进行信息的融合与处理。工控机的控制程序通过数据采集卡从激光传感器获取工件位置信息，并通过以太网获取从机器人控制柜获取机器人本体及外部轴运动参数信息。控制程序对获取的工件位置信息和相关运动参数信息进行数据处理和特征提取，并且将数据转化成机器人可识别的轨迹，然后通过以太网将轨迹信息输出至机器人，生产运动程序，由此控制机器人运动完成整个工作过程。
具体而言，在本方案中，工控机主要包含网卡、数据采集卡等。网卡用以通过网线与机器人控制柜进行通讯，数据采集卡用于通过数据线与激光传感器进行信息交互。工控机上安装有整个工作过程的控制程序。
步骤二、采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息；
具体而言，在本发明实施例中，是获取激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，在本方案中，机器人带动激光传感器沿直线导轨运动，通过激光传感器的扫描作用获取的工件的高度信息(设为Z方向)，通过读取直线导轨的编码器得到工件的长度信息(设为X方向)，扫描时工件Y方向信息为一固定值，通过安装夹具保证，信息获取模块通过通讯模块分别实时获取工件三个方向的信息，且信息为并行传输，不同时刻的数据对应性通过采样频率保证。
步骤三、对采集的信息进行处理；
具体而言，在本发明实施例中，将对采集的信息进行处理与提取，包括但不限于冗余点去除，均值滤波，特征点提取等。
步骤四、依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
具体而言，在本发明实施例中，是依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，在本方案具体实施时，可手工示教机器人工作时的初始点以及工作时用到的所有姿态，根据处理的数据相对于初始点位置和全部姿态的对应关系得到整个工作轨迹。
另外，本发明实施例还提供一种基于激光传感的机器人轨迹生成装置。如图2所示，为本发明实施例提供的一种基于激光传感的机器人轨迹生成示意图。
一种基于激光传感的机器人轨迹生成装置，包括通讯单元11、采集单元22、数据处理单元33及轨迹生成单元44。
通讯单元11，用于建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯；
具体而言，在本发明实施例中，主要包含机器人系统、激光传感器以及工控机。机器人系统包括机器人本体、外部轴直线导轨与机器人控制柜。
在本方案中，将建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，以便机器人系统、激光传感器以及工控机间的数据采集和传输。即建立工控机与激光传感器的通讯以及工控机与机器人控制柜的通讯，且分别由数据采集卡和以太网实现。
进一步的，机器人控制柜与工控机之间通过以太网通讯，用以将机器人及外部直线导轨运动参数传输给工控机，将工控机得到的工作轨迹输出给机器人；激光传感器与工控机之间通过数据采集卡通讯，用以将传感器扫描得到的信息输出给工控机。
进一步的，在本方案中，机器人系统负责搭载激光传感器运动完成信息获取以及实际工作任务，同时负责将机器人本体以及外部轴导轨的位置姿态参数输入至工控机以及接受工控机轨迹参数得到运动程序，工件长度方向的信息由外部轴导轨编码器获取。
进一步的，在本方案中，激光传感器为基恩士(KEYENCE)高速、高精确CCD激光位移传感器，它刚性固定于机器人本体末端关节上。激光传感器负责扫描工件表面获取工件高度信息，并将得到的工件位置信息经数据线输出至工控机，由数据采集卡接收。
进一步的，在本方案中，工控机是本方案的核心，它分别与机器人系统以及激光传感器进行交互，并进行信息的融合与处理。工控机的控制程序通过数据采集卡从激光传感器获取工件位置信息，并通过以太网获取从机器人控制柜获取机器人本体及外部轴运动参数信息。控制程序对获取的工件位置信息和相关运动参数信息进行数据处理和特征提取，并且将数据转化成机器人可识别的轨迹，然后通过以太网将轨迹信息输出至机器人，生产运动程序，由此控制机器人运动完成整个工作过程。
具体而言，在本方案中，工控机需要包括网卡、数据采集卡等。网卡用以通过网线与机器人控制柜进行通讯，数据采集卡用于通过数据线与激光传感器进行信息交互。工控机上安装有整个工作过程的控制程序。
采集单元22，用于采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息；
具体而言，在本发明实施例中，是获取激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，在本方案中，机器人带动激光传感器沿直线导轨运动，通过激光传感器的扫描作用获取的工件的高度信息(设为Z方向)，通过读取直线导轨的编码器得到工件的长度信息(设为X方向)，扫描时工件Y方向信息为一固定值，通过安装夹具保证，信息获取模块通过通讯模块分别实时获取工件三个方向的信息，不同时刻的数据对应性通过采样频率保证。
数据处理单元33，用于对采集的信息进行处理；
具体而言，在本发明实施例中，将对采集的信息进行处理与提取，包括但不限于冗余点去除，均值滤波，特征点提取。
轨迹生成单元44，用于依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
具体而言，在本发明实施例中，是依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，在本方案具体实施时，可手工示教机器人工作时的初始点以及工作时用到的所有姿态，根据处理的数据相对于初始点位置和全部姿态的对应关系得到整个工作轨迹。
图3为本发明一具体实施例的装置示意图。主要包含机器人系统、激光传感器以及工控机。机器人系统包括机器人本体、外部轴直线导轨与机器人控制柜。在本方案中将建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，以便机器人系统、激光传感器以及工控机间的数据采集和传输。即建立工控机与激光传感器的通讯以及工控机与机器人控制柜的通讯，是分别由数据采集卡和以太网实现。激光传感器为基恩士(KEYENCE)高速、高精确CCD激光位移传感器，它刚性固定于机器人本体末端关节上。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
综上所述，本文提供了一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置，通过建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，接着采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，然后对采集的信息进行处理，最终依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，本方案可快速、准确的得到机器人工作轨迹，既保证工作质量，又缩短了机器人生产节拍，提高了整个系统的生产效率。
以上对本发明所提供的一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (17)
1.一种基于激光传感的机器人轨迹生成方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一、建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯；
步骤二、采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息；
步骤三、对采集的信息进行处理；
步骤四、依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，进一步包括机器人系统，由机器人本体、外部轴直线导轨与机器人控制柜组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，是建立工控机与激光传感器的通讯以及工控机与机器人控制柜的通讯。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，建立工控机与激光传感器的通讯以及工控机与机器人控制柜的通讯分别通过数据采集卡和以太网。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，激光传感器为基恩士高速、高精确CCD激光位移传感器。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光传感器刚性固定于机器人本体末端关节上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工控机主要包含网卡、数据采集卡。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，是获取激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，由机器人带动激光传感器沿直线导轨运动，通过激光传感器的扫描作用获取的工件的高度信息(Z方向)，通过读取直线导轨的编码器得到工件的长度信息(X方向)，扫描时工件Y方向信息为一固定值，通过安装夹具保证，信息获取模块通过通讯模块分别实时获取工件三个方向的信息，且信息为并行传输，不同时刻的数据对应性通过采样频率保证。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，是将对采集的信息进行处理与提取，包括冗余点去除，均值滤波，特征点提取等。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，是依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹，当手工示教机器人工作时的初始点以及工作时用到的所有姿态，根据处理的数据相对于初始点位置和全部姿态的对应关系得到整个工作轨迹。
11.一种基于激光传感的机器人轨迹生成装置，其特征在于，所述装置包括通讯单元、采集单元、数据处理单元及轨迹生成单元，通过建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯，接着采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息，然后对采集的信息进行处理，最终依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，进一步包括激光传感器、机器人系统及工控机。
13.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，所述机器人系统由机器人本体、外部轴直线导轨与机器人控制柜组成。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述通讯单元用于建立工控机与激光传感器和机器人控制柜间的通讯。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述采集单元用于采集激光传感器采集的信息以及机器人的运动参数信息。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述数据处理单元用于对采集的信息进行处理，包括冗余点去除，均值滤波，特征点提取。
17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述轨迹生成单元用于依据数据处理后的信息生成机器人可识别的工作轨迹。
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