CN103009388A - 一种光波发射器和一种机器人轨迹寻位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光波发射器和一种机器人轨迹寻位系统和方法。光波发射器在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹，其末端的运动轨迹是模拟的机器人或机器人所装载工具的运行轨迹，空间三维光学传感器捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据，控制器根据该三维视频数据，获得多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与多个光源之间的相对位置关系数据，得到探针末端的空间运动轨迹数据的技术方案，针对复杂空间曲面能快速完成机器人轨迹的寻位，有效的提高了效率，能实现原先不能手工示教编程实现的轨迹，并自动转化为机器人可执行程序。

Description

一种光波发射器和一种机器人轨迹寻位系统和方法

技术领域

本发明涉及机器人应用技术领域，特别涉及一种光波发射器和一种机器人轨迹寻位系统和方法。

背景技术

工业机器人的应用越来越广泛，例如点焊、弧焊、喷涂、码垛、物流、装配、切割、材料加工、测量、测绘和逆向工程等工业操作中都可以利用机器人来完成相应的操作。这需要预先做机器人寻位和编程的工作。

目前在工业应用中，机器人寻位和编程，普遍采用手持示教盘盘式示教器。如参见专利申请号为201010209872.0的专利文件中所公开的内容。操作者通过示教器按键操纵完成空间作业轨迹点及其有关速度等信息的示教，然后用操作盘对机器人语言命令进行用户工作程序的编辑，并存储。再现时，机器人的计算机控制系统自动取出示教命令与位置数据，进行解读、运算并做出判断，将各种控制信号送到相应的驱动系统或端口,使机器人忠实地再现示教动作。

对于简单的平面路径，采用示教器试教和编程能有效降低操作人员的劳动强度，提高工作效率。但对于复杂的空间曲线、曲面，操作人员要用大量的时间和精力用示教器对机器人进行试教和动作编程，耗时较长，且无法完美的模拟实际空间曲线。

发明内容

本发明提供的一种光波发射器和一种机器人轨迹寻位系统和方法，本发明的方案针对复杂空间曲面能快速完成机器人轨迹的寻位。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种光波发射器，该光波发射器应用于机器人轨迹寻位系统中，该光波发射器包括：光波阵列模块和探针，其中：

光波陈列模块的表面上有按预定分布排列的多个光源，所述多个光源的数量至少为三个，且其中至少有三个光源不在一条直线上；

探针的一端与光波阵列模块固定在一起。

可选地，所述光波发射器通过有线或无线方式与机器人轨迹寻位系统中的控制器通讯；

所述光波发射器进一步包括：光源控制单元；该光源控制单元用于控制所述多个光源的开启和关闭，并将所述多个光源的开启关闭状态实时通知给所述控制器；

或者，

光波发射器接收来自控制器的控制信号，根据该控制信号控制控制所述多个光源的开启和关闭。

本发明还公开了一种机器人轨迹寻位系统，该机器人轨迹寻位系统包括：空间三维光学传感器、控制器和光波发射器；该光波发射器包括：光波阵列模块和探针，其中，光波陈列模块的表面上有按预定分布排列的多个光源，所述多个光源的数量至少为三个，且其中至少有三个光源不在一条直线上，至少有一个角度可以同时观察到光波陈列模块上的三个不在一条直线上的光源，探针的一端与光波阵列模块固定在一起；

光波发射器用于在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹，其中光波发射器的探针的末端的运动轨迹是模拟的机器人或者机器人所装载工具的运行轨迹；

空间三维光学传感器用于捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据，并发送给控制器；

控制器根据空间三维光学传感器发送的所述设定时间段内的三维视频数据，获得所述多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，得到所述探针末端的空间运动轨迹数据；

其中，所述探针末端的空间运动轨迹数据包括如下信息：位置信息、方向姿态信息和速度信息。

可选地，控制器根据空间三维光学传感器捕获的光波发射器在其探针末端固定不动的条件下旋转的三维视频数据，计算得到探针末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，并保存。

可选地，所述光波发射器通过有线或无线方式与控制器通讯；

所述光波发射器还包括：光源控制单元；该光源控制单元用于控制所述多个光源的开启和关闭，并将所述多个光源的开启关闭状态实时通知给所述控制器；

或者，

所述控制器包括一光源控制单元，光波发射器中的多个光源接收来自控制器中的光源控制单元的控制信号，多个光源在该控制信号的控制下开启和关闭。

可选地，所述的机器人轨迹寻位系统进一步包括：自动编程设备；

自动编程设备用于从控制器接收探针末端的运动轨迹数据，根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据、工件的三维数据、工具的三维数据、机器人坐标系、工件坐标系和工具坐标，生成机器人轨迹运动程序；

其中，所述工件为机器人的操作对象，所述工具为机器人对工件进行相应操作所装载的工具。

本发明还公开了一种机器人轨迹寻位方法，该方法包括：

利用光波发射器在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹；其中，所述光波发射器包括光波阵列模块和探针，光波陈列模块的表面上有按预定分布排列的多个光源，所述光源的数量至少为三个，且其中至少有三个光源不在一条直线上，且至少有一个角度可以同时观察到光波陈列模块的三个不在一条直线上的光源，探针的一端与光波阵列模块固定在一起，光波发射器的探针的末端的运动轨迹是模拟的机器人或机器人所装载工具的运行轨迹；

利用空间三维光学传感器捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据；

根据所述设定时间段内的三维视频数据，获得所述多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，得到所述探针末端的空间运动轨迹数据；

其中，所述探针末端的空间运动轨迹数据包括如下信息：位置信息、方向姿态信息和速度信息。

可选地，所述预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据通过如下方式获得：

根据空间三维光学传感器捕获的光波发射器在其探针末端固定不动的条件下旋转的三维视频数据，计算得到探针末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，并保存。

可选地，所述光波发射器通过有线或无线方式与所述控制器通讯；

在所述光波发射器中设置一光源控制单元；该光源控制单元控制所述多个光源的开启和关闭，并将所述多个光源的开启关闭状态实时通知给所述控制器；

或者，在控制器中设置一光源控制单元；光波发射器中的多个光源接收来自控制器中的光源控制单元的控制信号，多个光源在该控制信号的控制下开启和关闭。

可选地，所述的机器人轨迹寻位方法进一步包括：

根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据、工件的三维数据、工具的三维数据、机器人坐标系、工件坐标系和工具坐标，生成机器人轨迹运动程序；

其中，所述工件为机器人的操作对象，所述工具为机器人对工件进行相应操作所使用的工具。

可选地，在生成机器人轨迹运动程序之前，该方法进一步包括：

根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据和工件的三维数据，进行碰撞检测，如果检测到会产生碰撞，则发出报警提示。

由上述可见，本发明这种，光波发射器在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹，其末端的运动轨迹是模拟的机器人或者机器人所装载工具的运行轨迹，空间三维光学传感器捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据，控制器根据该三维视频数据，获得多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与多个光源之间的相对位置关系数据，得到探针末端的空间运动轨迹数据，其中，所探针末端的空间运动轨迹数据包括位置信息、方向姿态信息和速度信息的技术方案，针对复杂空间曲面能快速完成机器人轨迹的寻位，有效的提高了效率，能将原先不能手工示教编程实现的轨迹转化为机器人可执行程序。

附图说明

图1是本发明实施例一中的机器人轨迹寻位系统的组成示意图；

图2是本发明实施例一中的光波发射器120的结构示意图；

图3是本发明实施例一中的探针校准的操作示意图；

图4是本发明实施例一中的探针校准的原理示意图；

图5是本发明实施例二中的机器人轨迹寻位系统的组成示意图；

图6是本发明实施例中的一种机器人轨迹寻位方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例一中的机器人轨迹寻位系统的组成示意图。如图1所示，该机器人轨迹寻位系统包括：空间三维光学传感器110、控制器130和光波发射器120。

图2是本发明实施例一中的光波发射器120的结构示意图。如图2所示，光波发射器120包括：光波陈列模块1201、探针1202和手柄1203。其中，光波陈列模块1201的表面上有按预定分布排列的多个光源，在图2中一个圆点表示一个光源，其中，实心的圆点是光波阵列模块1201在图1中的可视表面上的光源，空心圆点是图1中不可视表面上的光源。在本发明的实施例一中，可采用发光LED作为光源。在本发明的实施例中，光波陈列模块1201的表面上排布多个光源，多个光源的数量至少为三个，且其中至少有三个光源不在一条直线上，且至少有一个角度可以同时观察到光波陈列模块1201上的三个不在一条直线上的光源，这样这些光源能确定光波发射器在空间中的位置和姿态，并可进一步确认光波发射器探针末端的空间运动轨迹数据，包括如下信息：位置信息、方向姿态信息和速度信息。在图2中，光波阵列模块1201为一个长方体，但在本发明的其他实施例中，光波阵列模块的形状不限于长方体，可以是圆柱体、正方体、不规则的六面体、锥形体等等。只要保证至少有一个角度可以同时观察到光波陈列模块的三个不在一条直线上的光源即可。在实际应用时，可考虑实际应用的便利性，采用合适的形状。

在本发明的一个实施例中可以要求：光波阵列模块为六面体，在其至少三个面上设置光源，且一个面上至少有三个发光LED，且不能在一条直线上。工作时控制各LED依次发光（即t1时刻LED1发光，t2时刻LED2发光，tn时刻LEDn发光），并保证空间三维光学传感器在某一段特定时间段内至少能捕捉到三个光波发射点，以准确判断光波发射器的姿态（orientation）。

探针1202的一端与光波阵列模块1201固定在一起。探针的形状也不限于图2所示的形状，可以是较长的、甚至有些弯曲的圆锥体，或带针头的圆柱体。但探针1202应为刚性体，在使用过程中，与光波阵列模块1201上的多个光源无相对位移。

手柄的形状也不限于图2所示的形状，只要适于手持即可。

在本发明的实施例一中，光波发射器120还包括光源控制单元，在图2中没有示意出，可以设置在光波阵列模块1201的内部，光波发射器通过有线或无线方式与控制器130通讯。光源控制单元用于控制多个光源的开启和关闭，如果光源控制单元安装在光波发射器1201内，则光源控制单元会将每个LED的工作状态以有线或无线方式传输给控制器130。在本发明的另一个实施例中，光源控制单元也可设置在控制器130的内部，光源控制单元直接通过连接线与光波发射阵列上的LED光源连接，这种情况下光波发射器上的多个光源直接接收来自控制器中的光源控制单元的控制信号，根据该控制信号开启和关闭。这样，控制器130就可以知道任意时刻的光波发射器120上的每个LED灯工作的状态，然后再结合空间三维光学传感器110实时传输过来的三维视频数据，可以获知三维视频数据中的LED灯具体是哪个LED灯。光波发射器120上还可以有一些控制按钮，发送一些预先定义好的控制信号，如开始焊接、停止焊接等等。

空间三维光学传感器是能够捕获三位视频数据的立体视频摄像机，在本发明的实施例一中，空间三维光学传感器110由高性能光学传感器{Y1,Y2,Y3}和光滤镜组成。光滤镜与发光LED匹配，以降低周边光源干扰。其中，LED发光频率和光滤镜投射频率应根据实际工作环境选择，举例：在白天无热光源干扰情况下，可选择红外LED和红外光滤镜，降低可见光对系统的影响，提高精度。

控制器130通过高清晰多媒体接口线连接空间三维光学传感器110，并通过有线端口或无线方式（如蓝牙）连接光波发射器120。

利用图1所示的系统进行机器人轨迹寻位的过程包括如下步骤：

1.光波发射器120的探针校准：得到探针1202的末端与光波陈列模块1201上的多个光源之间的相对位置关系数据。

（方式一）在本发明的一个实施例中，可以根据已知的探针1202的三维模型数据和光波陈列模块1201的三维模型数据，以及探针1202和光波陈列模块1201的连接位置关系，计算出探针1202的末端与光波陈列模块1201上的多个光源之间的相对位置关系数据，并保存到控制器130中以供使用。

（方式二）但在本发明的实施例一中，控制器根据空间三维光学传感器捕获的光波发射器在其探针末端固定不动的条件下旋转的三维视频数据，计算得到探针末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，并保存。具体参见图3和图4。

图3是本发明实施例一中的探针校准的操作示意图。图4是本发明实施例一中的探针校准的原理示意图。

参见图3，在校准时，光波发射器的探针的末端（尖端），这里称为TIP，抵住任意刚性面上的某一点B，然后光波发射器绕此点转动，在转动过程中TIP在刚性面上的B点上不能移动。此时空间三维传感器可捕捉到光波发射器上的任意发光LED在空间中的运动轨迹。参见图4，以光波发射器上的任一发光LED为例，实线为此LED在光波发射器旋转过程的运动轨迹，此运动轨迹上的任意一点距离点B的距离不变。以此运动轨迹上的点A、A’和A”为例，其各自与点B的距离相等，即R=R’=R”。可见，无论光波发射器如何转动，LED与TIP的距离R为固定值，即：任意LED总是在以TIP为球心的球面上移动。因此，可以计算出TIP距离每个LED的距离R（球面半径），进而可推导出TIP在光波发射器上的位置。在实际应用中可以根据需求，用上面的校准更换为不同类型的探针，无需探针三维模型，而且由于探针位置可以计算出来，因此该探针可以探入到一般空间三维传感器看不到的工件内部去。

2.光波发射器在设定时间段内模拟机器人运行轨迹，其中光波发射器的探针的末端的运动轨迹是模拟的机器人或机器人所载工具的运行轨迹。空间三维光学传感器捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据，并发送给控制器；

本步骤中，可手持光波发射器用其探针末端模拟的机器人运行轨迹。探针可以探入到空间三维传感器看不到的工件内部去，只要空间三维传感器可捕获到光波发射器上的LED即可。

3.控制器根据空间三维光学传感器发送的所述设定时间段内的三维视频数据，获得所述多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，得到所述探针末端的空间运动轨迹数据；其中，所述探针末端的空间运动轨迹数据包括如下信息：位置信息、方向姿态信息和速度信息。

本步骤中，控制器根据空间三维光学传感器发送的所述设定时间段内的三维视频数据，根据现有的处理算法，获得光波发射器上的多个LED光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据。

由于探针末端TIP与各LED灯的相对位置是不变的，因此可以根据探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，从多个LED光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，计算出探针末端TIP在所述设定时间内的空间运动轨迹数据。这里由于光波发射器上的多个LED灯至少能确定一个空间平面，进而确定光波发射器的姿态，因此通过换算得出的探针末端TIP的空间运动轨迹数据中会包含探针运动过程中的姿态信息。

到此，可以轻松方便的获得模拟机器人运动轨迹的探针末端的空间运动轨迹数据，且可以模拟任意复杂的空间曲面上的轨迹。

图5是本发明实施例二中的机器人轨迹寻位系统的组成示意图。如图5所示，本发明实施例二中的机器人轨迹寻位系统包括：空间三维光学传感器510、光波发射器520、控制器530和自动编程设备540。其中，空间三维光学传感器510、光波发射器520和控制器530与本发明实施例一图1中的对应的空间三维光学传感器110、光波发射器120和控制器130的功能结构一致。且在本发明的实施例二中的控制器530将所获得的探针末端TIP的空间运动轨迹数据发送给自动编程设备540。

自动编程设备540从控制器530接收探针末端TIP的运动轨迹数据，然后根据探针末端TIP的运动轨迹数据、机器人的三维数据、工件的三维数据、工具的三维数据、机器人坐标系、工件坐标系和工具坐标，生成机器人轨迹运动程序。其中，“工件”为机器人的操作对象，“工具”为机器人对工件进行相应操作所装载并使用的工具。

在本发明的一个实施例中，自动编程设备540可以是一台计算机，通过安装在该计算机上的机器人仿真软件来完成自动编程。

图5所示的系统不仅可以实现在任意复杂空间曲面上的机器人轨迹的寻位，并且实现机器人轨迹运动程序的自动编程。

下面给出本发明实施例中的机器人轨迹寻位和编程的一个具体过程，包括如下步骤：

（1）光波发射器的探针校准。这里可以采用的前述的（方式一），也可以采用（方式二）。

（2）建立机器人模型，设置机器人参数，如各轴限制范围、臂长等。根据不同型号的机器人，本步骤中设置的参数也会有所不同

（3）将机器人n个轴（较先进的工业机器人为6个轴）的三维模型导入到机器人仿真软件中，以机器人的三维数据为依据建立机器人坐标系{R}。

（4）设置机器人仿真软件工具（即机器人最后一个轴法兰上装载的工具，例如：焊枪）坐标的位置和方向：将工具三维模型导入到仿真软件中，并将实际机器人的工具坐标位置和方向保存到机器人仿真软件中，建立工具坐标系{T}（{T}为以工具末端为原点、随工具移动的坐标系）。

（5）在机器人仿真软件中导入工件（即机器人要操作、加工的对象，例如：准备焊接的钢板）的三维模型，在空间三维光学传感器接收范围内，用光波发射阵列上的探针选取实际工件上任意3点（不能在一直线上），分别定义为原点、X方向、Y方向（垂直于XY面的为Z方向），通过光学传感器{Y1,Y2,Y3}接收到光波发射器上的多个LED的数据分别得Uo{Xn,Ym}，Ux{Xn,Ym}，Uy{Xn,Ym}，从而建立工件坐标系{U}（{U}是相对于工件，或地面，不移动的坐标系）。

（6）由于仿真软件中的三维模型数据均来自机器人、工具、工件的真实数据，机器人坐标系{R}、工具坐标系{T}、工件坐标系{U}均为从实际位置获取的数据，因此在仿真软件中的机器人、工具、工件同现实中的机器人、工具、工件建立了一一对应的关系。

将工件的三维模型移动到与实际相符的位置的具体方法为：

在空间三维光学传感器接收范围内，用光波发射器上的探针末端（TIP）选取实际工件（或工作台）上任意3点P1、P2、P3（不能在一直线上），然后与仿真软件三维模型中的P1’、P2’、P3’建立一一对应的坐标（coordinates）关系，仿真软件会自动将工件的三维模型移动到正确位置。例如：在工件坐标系{U}中，工件上三点的实际测量位置为P1{X1,Y1,Z1}、P2{X2,Y2,Z2}、P3{X3,Y3,Z3}，仿真软件中工件三维模型上三点原来在{U}中的位置为P1{X1’,Y1’,Z1’}、P2{X2’,Y2’,Z2’}、P3{X3’,Y3’,Z3’}，仿真软件会移动工件的三维模型，直至三点的坐标到达P1{X1,Y1,Z1}、P2{X2,Y2,Z2}、P3{X3,Y3,Z3}。这样工件的三维模型在仿真软件中的位置，就与实际中一致了。

将机器人坐标系{R}工件坐标系{U}对应起来的具体方法为：

选取实际工件上任意3点P1、P2、P3（不能在一直线上），然后通过机器人示较器控制机器人，使机器人的工具末端分别触碰P1、P2、P3三点，记录下机器人在这三个位置6个轴的参数，输入到仿真软件中。由于在仿真软件中P1、P2、P3三点的位置是已知的，仿真软件可根据机器人的参数推导出机器人的位置，进而将机器人坐标系{R}工件坐标系{U}对应起来。当{R}和{U}对应起来后，在工件坐标系{U}中任意一点A，都可以在{R}中找到相应的点A’。举例：在实际应用中，空间三维光学传感器捕捉到光波发射器的TIP在{U}中A点，则仿真软件会将此信息转换为{R}中相应的点A’，这样机器人就知道应该往哪个位置移动了。

机器人坐标系{R}与工具坐标系{T}的对应：

将机器人的6个轴的参数输入仿真软件，再将工具的三维模型输入仿真软件。仿真软件会自动将{R}与{T}对应起来。

仿真软件将两个坐标对应起来的过程中，需要做坐标系之间的转化。坐标系的转换时本领域的技术人员熟知的现有技术，这里不再复述。

（7）记录运行轨迹：手持光波发射器（末端带工具）模拟机器人运行轨迹，空间三维光学传感器捕获并跟踪光波发射器上的LED的轨迹视频发送给控制器，控制器根据所接收的视频数据解析出各LED的运动轨迹，并根据步骤（1）中得到探针相对与各LED的位置数据{P}和各LED的运动轨迹数据，得到探针末端TIP的运动轨迹数据{TIP}，该{TIP}数据包括探针末端的位置、方向和移动速度，也即是实际机器人工具要移动的位置、方向和速度数据。控制器将运动轨迹数据{TIP}输出到自动编程设备中的机器人仿真软件中。

（8）轨迹模拟：在保存好轨迹点数据{TIP}后，在机器人仿真软件中由轨迹点数据{TIP}、机器人、工件的三维数据，根据collision detection算法，检测{TIP}轨迹是否会与机器人、工件发生碰撞，并检测运行轨迹是否满足需求。如果检测到会产生碰撞或不满足需求，则需要重复步骤（7），重新记录运行轨迹，并再次进行碰撞检测，直到获得符合要求的{TIP}。

（9）程序优化、生成：在模拟机器人轨迹无误后，机器人仿真软件会根据机器人轨迹点通过filtering算法生成机器人运动轨迹程序，并对相邻两个轨迹点之间的逼近方式、速度进行优化，此过程无需使用传统的示教盘进行轨迹编程。

（10）路径导出：将生成的程序通过USB或网络直接传送到机器人控制柜中，最终机器人执行程序。

可见，本发明的技术方案在应用时，通过将机器人工具坐标位置（或三维模型）和工件三维模型输入到机器人仿真软件中，将机器人工具实际位置和工件实际位置与机器人仿真软件中测量单元和工件模型位置建立一一对应关系。用集成测量工具或轨迹临摹工具的光波发射器，模拟机器人工具的走位，由空间三维光学传感器追踪光波发射器上的光波发射阵列，记录下光波发射阵列的空间位置，并推算出光波发射器尖端位置（即TIP位置），保存到机器人仿真软件中。操作人员根据控制器记录下的光波发射器TIP的移动位置、方向、速度，利用机器人仿真软件模拟机器人运动的轨迹（机器人工具位置沿光波发射器TIP的移动位置、方向、速度进行运动），优化机器人运动路径，自动生成机器人轨迹运动程序，操作人员只需将该程序导入到机器人控制系统中，即完成机器人的示教和编程过程。

此方案与现有技术相比，机器人空间三维轨迹寻位、自动编程系统能应用于任意品牌、型号的机器人系统，降低编程人员的劳动强度，大幅提高工作效率，并将许多原先不可能实现编程的轨迹，快速的导出为机器人可执行程序。

图6是本发明实施例中的一种机器人轨迹寻位方法的流程图。如图6所示，该方法包括：

步骤601，利用光波发射器在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹；其中，所述光波发射器包括光波阵列模块和探针，光波陈列模块的表面上有按预定分布排列的多个光源，所述多个光源的数量至少为三个，且不能都排布在一条直线上，即至少有三个光源不在一条直线上，且至少有一个角度可以同时观察到光波陈列模块的三个不在一条直线上的光源。探针的一端与光波阵列模块固定在一起，光波发射器的探针的末端的运动轨迹是模拟的机器人或机器人所载工具的运行轨迹；

步骤602，利用空间三维光学传感器捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据；

步骤603，根据所述设定时间段内的三维视频数据，获得所述多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，得到所述探针末端的空间运动轨迹数据；其中，所述探针末端的空间运动轨迹数据包括如下信息：位置信息、方向姿态信息和速度信息。

在图6所示的方法中，所述预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据通过如下方式获得：根据空间三维光学传感器捕获的光波发射器在其探针末端固定不动的条件下旋转的三维视频数据，计算得到探针末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，并保存。

在图6所示的方法中，所述光波发射器通过有线或无线方式与所述控制器通讯；在所述光波发射器中设置一光源控制单元；该光源控制单元控制所述多个光源的开启和关闭，并将所述多个光源的开启关闭状态实时通知给所述控制器；

或者，在图6所示的方法中，在控制器中设置一光源控制单元。光波发射器中的多个光源接收来自控制器中的光源控制单元的控制信号，多个光源在该控制信号的控制下开启和关闭。

图6所示的方法还可以进一步包括：根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据、工件的三维数据、工具的三维数据、机器人坐标系、工件坐标系和工具坐标，生成机器人轨迹运动程序；其中，所述工件为机器人的操作对象，所述工具为机器人对工件进行相应操作所使用的工具。这样在完成机器人轨迹寻位之后，还进一步完成机器人轨迹运动程序的自动编程。

在本发明的实施例中，在生成机器人轨迹运动程序之前，上述方法进一步包括：根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据和工件的三维数据，进行碰撞检测，如果检测到会产生碰撞，则发出报警提示。这样可以得到符合实际需求的轨迹以及可行的轨迹运动程序。

综上所述，本发明这种光波发射器在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹，其末端的运动轨迹是模拟机器人或机器人所载工具的运行轨迹，空间三维光学传感器捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据，控制器根据该三维视频数据，获得多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与多个光源之间的相对位置关系数据，得到探针末端的空间运动轨迹数据，其中，所探针末端的空间运动轨迹数据包括位置信息、方向姿态信息和速度信息的技术方案，针对复杂空间曲面能快速完成机器人轨迹的寻位，有效的提高了效率，能将原先不能手工示教编程实现的轨迹转化为机器人可执行程序。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种光波发射器，其特征在于，该光波发射器应用于机器人轨迹寻位系统中，该光波发射器包括：光波阵列模块和探针，其中：

光波陈列模块的表面上有按预定分布排列的多个光源，所述多个光源的数量至少为三个，且其中至少有三个光源不在一条直线上。

探针的一端与光波阵列模块固定在一起。

2.如权利要求1所述的光波发射器，其特征在于，所述光波发射器通过有线或无线方式与机器人轨迹寻位系统中的控制器通讯；

该光波发射器进一步包括：光源控制单元；该光源控制单元用于控制所述多个光源的开启和关闭，并将所述多个光源的开启关闭状态实时通知给所述控制器；

或者，

光波发射器接收来自控制器的控制信号，根据该控制信号控制所述多个光源的开启和关闭。

3.一种机器人轨迹寻位系统，其特征在于，该机器人轨迹寻位系统包括：空间三维光学传感器、控制器和光波发射器；该光波发射器包括：光波阵列模块和探针，其中，光波陈列模块的表面上有按预定分布排列的多个光源，所述多个光源的数量至少为三个，且其中至少有三个光源不在一条直线上，探针的一端与光波阵列模块固定在一起；

光波发射器用于在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹，其中光波发射器的探针的末端的运动轨迹是模拟机器人或机器人所装载工具的运行轨迹；

空间三维光学传感器用于捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据，并发送给控制器；

控制器根据空间三维光学传感器发送的所述设定时间段内的三维视频数据，获得所述多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，得到所述探针末端的空间运动轨迹数据；

其中，所述探针末端的空间运动轨迹数据包括如下信息：位置信息、方向姿态信息和速度信息。

4.如权利要求3所述的机器人轨迹寻位系统，其特征在于，

控制器根据空间三维光学传感器捕获的光波发射器在其探针末端固定不动的条件下旋转的三维视频数据，计算得到探针末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，并保存。

5.如权利要求3所述的机器人轨迹寻位系统，其特征在于，所述光波发射器通过有线或无线方式与控制器通讯；

所述光波发射器进一步包括：光源控制单元；该光源控制单元用于控制所述多个光源的开启和关闭，并将所述多个光源的开启关闭状态实时通知给所述控制器；

或者，

所述控制器包括一光源控制单元，光波发射器中的多个光源接收来自控制器中的光源控制单元的控制信号，多个光源在该控制信号的控制下开启和关闭。

6.如权利要求3至5中任一项所述的机器人轨迹寻位系统，其特征在于，该系统进一步包括：自动编程设备；

自动编程设备用于从控制器接收探针末端的运动轨迹数据，根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据、工件的三维数据、工具的三维数据、机器人坐标系、工件坐标系和工具坐标，生成机器人轨迹运动程序；

其中，所述工件为机器人的操作对象，所述工具为机器人对工件进行相应操作所装载的工具。

7.一种机器人轨迹寻位方法，其特征在于，该方法包括：

利用光波发射器在设定时间段内模拟机器人的运行轨迹；其中，所述光波发射器包括光波阵列模块和探针，光波陈列模块的表面上有按预定分布排列的多个光源，所述多个光源的数量至少为三个，且其中至少有三个光源不在一条直线上，探针的一端与光波阵列模块固定在一起，光波发射器的探针的末端的运动轨迹是模拟机器人或机器人所装载工具的运行轨迹；

利用空间三维光学传感器捕获光波发射器的光波阵列模块上的多个光源在所述设定时间段内的三维视频数据；

根据所述设定时间段内的三维视频数据，获得所述多个光源在所述设定时间段内的空间运动轨迹数据，然后根据预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，得到所述探针末端的空间运动轨迹数据；

其中，所述探针末端的空间运动轨迹数据包括如下信息：位置信息、方向姿态信息和速度信息。

8.如权利要求7所述的机器人轨迹寻位方法，其特征在于，所述预先保存的探针的末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据通过如下方式获得：

根据空间三维光学传感器捕获的光波发射器在其探针末端固定不动的条件下旋转的三维视频数据，计算得到探针末端与所述多个光源之间的相对位置关系数据，并保存。

9.如权利要求7所述的机器人轨迹寻位方法，其特征在于，所述光波发射器通过有线或无线方式与所述控制器通讯；

在所述光波发射器中设置一光源控制单元；该光源控制单元控制所述多个光源的开启和关闭，并将所述多个光源的开启关闭状态实时通知给所述控制器；

或者，在控制器中设置一光源控制单元；光波发射器中的多个光源接收来自控制器中的光源控制单元的控制信号，多个光源在该控制信号的控制下开启和关闭。

10.如权利要求7至9中任一项所述的机器人轨迹寻位方法，其特征在于，该方法进一步包括：

根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据、工件的三维数据、工具的三维数据、机器人坐标系、工件坐标系和工具坐标，生成机器人轨迹运动程序；

其中，所述工件为机器人的操作对象，所述工具为机器人对工件进行相应操作所使用的工具。

11.如权利要求10所述的机器人轨迹寻位方法，其特征在于，在生成机器人轨迹运动程序之前，该方法进一步包括：

根据探针末端的运动轨迹数据、机器人的三维数据和工件的三维数据，进行碰撞检测，如果检测到会产生碰撞，则发出报警提示。

Images