CN109514533B - 工业机器人快速示教系统及示教方法 - Google Patents

工业机器人快速示教系统及示教方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业机器人快速示教系统及示教方法，根据操作工具末端与触头间的位置关系，计算两者位置转换关系，并转化为变换矩阵，并通过拖动机械臂使触头触碰标定板获取到标定板上若干点的位置矩阵，并将其转化为工具的末端处的位置矩阵，并据此计算出固定于标定板的坐标系B相对工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵，最后根据标定板与实际工件之间的位置关系以及实际工件的3D模型数据，计算出所需示教点在坐标系B下的位姿矩阵，再计算所需的示教点在工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵，并将其写入控制器以替换原示教点，通过本发明能降低机器人示教操作难度，缩短使用者培训学习及示教时间，提高效率，并减少示教误差，提高示教精度。

Description

工业机器人快速示教系统及示教方法
技术领域
本发明涉及工业机器人应用技术，尤其涉及一种工业机器人快速示教系统及示教方法。
背景技术
随着机器人技术的快速发展，工业机器人正在大批量的应用于工业生产中，以提高工厂的自动化程度和生产效率。然而，在工业机器人的实际应用过程中，需要消耗大量的时间对机器人进行示教编程。
在目前的工业机器人应用中，对机器人进行示教编程时通常使用示教器对机器人进行操作。首先将机器人末端工具移动到工作轨迹上的关键点并调整到合适的姿态，然后记录下此点的位姿。通常一个运行轨迹需要记录几十个点，再根据这些示教点编程运行。这种方法具有以下弊端：(1)需要操作人员熟练掌握机器人示教器的使用方法；(2)通过人眼观测示教点，不同的人操作会有差异，精度不能保证，产品一致性差；(3)示教过程需要花费大量的时间。
因此，在机器人实际应用中，迫切需要一种快速高效的示教手段来提高机器人应用时的易操作性，缩短机器人示教所需时间，提高生产效率。
发明内容
本发明主要目的在于，提供一种工业机器人快速示教系统及示教方法，以解决现有的对工业机器人的示教手段易操作性差、精度低、所需时间长的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种工业机器人快速示教系统，所述工业机器人具有机械臂，所述机械臂的末端安装有操作工具，所述工业机器人与控制器连接，所述快速示教系统包括传感器、标定板和计算机；
所述传感器安装在所述操作工具的末端，并与所述控制器连接，所述传感器上设置有触头，所述机械臂运动可带动所述触头运动以触碰到所述标定板上的任意点，所述计算机与所述工业机器人连接，所述触头触碰到所述标定板上的任意点时发出触发信号，所述计算机能够响应所述触发信号以记录所述触头触碰到该点时所述工业机器人的位姿信息；
所述计算机用于：
根据所述操作工具的末端与所述触头之间的安装位置关系，计算所述操作工具的末端与所述触头之间的位置转换关系，转化为变换矩阵T1；
以及根据记录的所述触头触碰到所述标定板上的若干点中的每一点时所述工业机器人的位姿信息，得到所述若干点的位置矩阵Pc；
以及根据所述变换矩阵T1，将所述若干点的位置矩阵Pc转化为所述工具的末端处的位置矩阵Pt；
以及根据所述位置矩阵Pt计算出固定于标定板的坐标系B相对所述工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵
Figure BDA0001938530280000021
以及根据所述标定板与实际工件之间的位置关系以及所述实际工件的3D模型数据，计算出示教所述工业机器人加工所述实际工件所需的示教点在所述坐标系B下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000022
以及计算所需的示教点在所述工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000023
并将其写入所述控制器以替换所述控制器中的原示教点。
进一步地，所述机械臂的末端安装有拖动部件，所述拖动部件与所述控制器连接，通过拖动所述拖动部件能够带动所述机械臂运动。
进一步地，Pt＝T1·Pc。
进一步地，
Figure BDA0001938530280000024
一种工业机器人快速示教方法，所述工业机器人具有机械臂，所述机械臂的末端安装有操作工具，所述工业机器人与控制器连接，所述机械臂的末端安装有拖动部件，所述拖动部件与所述控制器连接，所述操作工具的末端安装有传感器，所述传感器与所述控制器连接，所述传感器上设置有触头，通过拖动所述拖动部件带动所述机械臂运动可带动所述触头运动以触碰到预设标定板上的任意点，所述工业机器人还与计算机连接，所述触头触碰到所述标定板上的任意点时发出触发信号，所述计算机能够响应所述触发信号以记录所述触头触碰到该点时所述工业机器人的位姿信息；
所述方法包括：
步骤1：所述计算机根据所述操作工具的末端与所述触头之间的安装位置关系，计算所述操作工具的末端与所述触头之间的位置转换关系，转化为变换矩阵T1；
步骤2：在通过拖动所述拖动部件带动所述机械臂运动，以带动所述触头运动以触碰到预设标定板上的若干点的过程中，所述计算机根据记录的所述触头触碰到所述标定板上的若干点中的每一点时所述工业机器人的位姿信息，得到所述若干点的位置矩阵Pc；
步骤3：所述计算机根据所述变换矩阵T1，将所述若干点的位置矩阵Pc转化为所述工具的末端处的位置矩阵Pt；
步骤4:所述计算机根据所述位置矩阵Pt计算出固定于标定板的坐标系B相对所述工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵
Figure BDA0001938530280000031
步骤5：所述计算机根据所述标定板与实际工件之间的位置关系以及所述实际工件的3D模型数据，计算出示教所述工业机器人加工所述实际工件所需的示教点在所述坐标系B下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000032
步骤6：所述计算机计算所需的示教点在所述工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000033
并将其写入所述控制器以替换所述控制器中的原示教点。
进一步地，所述机械臂的末端安装有拖动部件，所述拖动部件与所述控制器连接，通过拖动所述拖动部件能够带动所述机械臂运动。
进一步地，Pt＝T1·Pc。
进一步地，
Figure BDA0001938530280000034
与现有技术相比，本发明提供的工业机器人快速示教系统及示教方法，根据操作工具的末端与触头之间的安装位置关系，计算两者的位置转换关系，并转化为变换矩阵T1，并通过拖动机械臂使触头触碰标定板获取到标定板上的若干点的位置矩阵Pc，并将其转化为工具的末端处的位置矩阵Pt，并据此计算出固定于标定板的坐标系B相对工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵
Figure BDA0001938530280000035
最后根据标定板与实际工件之间的位置关系以及实际工件的3D模型数据，计算出示教工业机器人加工实际工件所需的示教点在坐标系B下的位姿矩阵/>
Figure BDA0001938530280000036
再计算所需的示教点在工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵/>
Figure BDA0001938530280000037
并将其写入控制器以替换控制器中的原示教点。通过本发明能降低机器人示教操作难度，缩短使用者培训学习及示教时间，提高效率，并减少示教误差，提高示教精度。
附图说明
图1为工业机器人快速示教系统示意图；
图2为工业机器人快速示教系统局部示意图；
图3为工业机器人快速示教方法的流程示意图。
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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
结合图1和图2所示，本发明实施例提供的工业机器人快速示教系统，工业机器人具有机械臂1，机械臂1的末端安装有操作工具8，可将工具安装治具3安装在机械臂1末端，将操作工具8安装在工具安装治具3上，工业机器人与控制器6连接，快速示教系统包括拖动部件2、传感器4、标定板5和计算机7。
拖动部件2安装在机械臂1的末端，并与控制器6连接，传感器4安装在操作工具8的末端，并与控制器6连接，传感器4上设置有触头9，通过拖动拖动部件2带动机械臂1运动可带动触头9运动以触碰到标定板5上的任意点。当然也可以不通过拖动部件2，而是通过遥控设备遥控操作机械臂1运动或者通过控制器6按照程序自动控制机械臂1运动。传感器4不限于只通过触头9触碰标定板5上的点，也可以通过其他探测装置实现。计算机7与工业机器人连接，触头9触碰到标定板5上的任意点时发出触发信号，计算机7能够响应触发信号以记录触头9触碰到该点时工业机器人的位姿信息。
计算机7用于：
根据操作工具8的末端与触头9之间的安装位置关系，计算操作工具8的末端与触头9之间的位置转换关系，转化为变换矩阵T1；
以及根据记录的触头9触碰到标定板5上的若干点中的每一点时工业机器人的位姿信息，得到若干点的位置矩阵Pc；
以及根据变换矩阵T1，将若干点的位置矩阵Pc转化为工具的末端处的位置矩阵Pt，Pt＝T1·Pc。
以及根据位置矩阵Pt计算出固定于标定板5的坐标系B相对工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵
Figure BDA0001938530280000051
以及根据标定板5与实际工件之间的位置关系以及实际工件的3D模型数据，计算出示教工业机器人加工实际工件所需的示教点在坐标系B下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000052
Figure BDA0001938530280000053
以及计算所需的示教点在工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000054
并将其写入控制器6以替换控制器6中的原示教点，从而实现对工业机器人的快速示教。
如图3所示，本发明实施例还提供了一种工业机器人快速示教方法，工业机器人具有机械臂1，机械臂1的末端安装有操作工具8，工业机器人与控制器6连接，机械臂1的末端安装有拖动部件2，拖动部件2与控制器6连接，操作工具8的末端安装有传感器4，传感器4与控制器6连接，传感器4上设置有触头9，通过拖动拖动部件2带动机械臂1运动可带动触头9运动以触碰到预设标定板5上的任意点，工业机器人还与计算机7连接，触头9触碰到标定板5上的任意点时发出触发信号，计算机7能够响应触发信号以记录触头9触碰到该点时工业机器人的位姿信息；
该工业机器人快速示教方法包括：
步骤S1：计算机7根据操作工具8的末端与触头9之间的安装位置关系，计算操作工具8的末端与触头9之间的位置转换关系，转化为变换矩阵T1；
步骤S2：在通过拖动拖动部件2带动机械臂1运动，以带动触头9运动以触碰到预设标定板5上的若干点的过程中，计算机7根据记录的触头9触碰到标定板5上的若干点中的每一点时工业机器人的位姿信息，得到若干点的位置矩阵Pc；
步骤S3：计算机7根据变换矩阵T1，将若干点的位置矩阵Pc转化为工具的末端处的位置矩阵Pt，Pt＝T1·Pc。
步骤S4:计算机7根据位置矩阵Pt计算出固定于标定板5的坐标系B相对工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵
Figure BDA0001938530280000055
步骤S5：计算机7根据标定板5与实际工件之间的位置关系以及实际工件的3D模型数据，计算出示教工业机器人加工实际工件所需的示教点在坐标系B下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000061
Figure BDA0001938530280000062
步骤S6：计算机7计算所需的示教点在工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵
Figure BDA0001938530280000063
并将其写入控制器6以替换控制器6中的原示教点，从而实现对工业机器人的快速示教。
上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工业机器人快速示教系统，所述工业机器人具有机械臂，所述机械臂的末端安装有操作工具，所述工业机器人与控制器连接，其特征在于，所述快速示教系统包括传感器、标定板和计算机；
所述传感器安装在所述操作工具的末端，并与所述控制器连接，所述传感器上设置有触头，所述机械臂运动可带动所述触头运动以触碰到所述标定板上的任意点，所述计算机与所述工业机器人连接，所述触头触碰到所述标定板上的任意点时发出触发信号，所述计算机能够响应所述触发信号以记录所述触头触碰到该点时所述工业机器人的位姿信息；
所述计算机用于：
根据所述操作工具的末端与所述触头之间的安装位置关系，计算所述操作工具的末端与所述触头之间的位置转换关系，转化为变换矩阵T1；
以及根据记录的所述触头触碰到所述标定板上的若干点中的每一点时所述工业机器人的位姿信息，得到所述若干点的位置矩阵Pc；
以及根据所述变换矩阵T1，将所述若干点的位置矩阵Pc转化为所述工具的末端处的位置矩阵Pt；
以及根据所述位置矩阵Pt计算出固定于标定板的坐标系B相对所述工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵
Figure QLYQS_1
以及根据所述标定板与实际工件之间的位置关系以及所述实际工件的3D模型数据，计算出示教所述工业机器人加工所述实际工件所需的示教点在所述坐标系B下的位姿矩阵
Figure QLYQS_2
以及计算所需的示教点在所述工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵
Figure QLYQS_3
并将其写入所述控制器以替换所述控制器中的原示教点。
2.如权利要求1所述的工业机器人快速示教系统，其特征在于，所述机械臂的末端安装有拖动部件，所述拖动部件与所述控制器连接，通过拖动所述拖动部件能够带动所述机械臂运动。
3.如权利要求1所述的工业机器人快速示教系统，其特征在于，Pt＝T1·Pc。
4.如权利要求1所述的工业机器人快速示教系统，其特征在于，
Figure QLYQS_4
5.一种工业机器人快速示教方法，所述工业机器人具有机械臂，所述机械
臂的末端安装有操作工具，所述工业机器人与控制器连接，其特征在于，所述机械臂的末端安装有拖动部件，所述拖动部件与所述控制器连接，所述操作工具的末端安装有传感器，所述传感器与所述控制器连接，所述传感器上设置有触头，通过拖动所述拖动部件带动所述机械臂运动可带动所述触头运动以触碰到预设标定板上的任意点，所述工业机器人还与计算机连接，所述触头触碰到所述标定板上的任意点时发出触发信号，所述计算机能够响应所述触发信号以记录所述触头触碰到该点时所述工业机器人的位姿信息；
所述方法包括：
步骤1：所述计算机根据所述操作工具的末端与所述触头之间的安装位置关系，计算所述操作工具的末端与所述触头之间的位置转换关系，转化为变换矩阵T1；
步骤2：在通过拖动所述拖动部件带动所述机械臂运动，以带动所述触头运动以触碰到预设标定板上的若干点的过程中，所述计算机根据记录的所述触头触碰到所述标定板上的若干点中的每一点时所述工业机器人的位姿信息，得到所述若干点的位置矩阵Pc；
步骤3：所述计算机根据所述变换矩阵T1，将所述若干点的位置矩阵Pc转化为所述工具的末端处的位置矩阵Pt；
步骤4:所述计算机根据所述位置矩阵Pt计算出固定于标定板的坐标系B相对所述工业机器人的当前坐标系A的位姿关系矩阵
Figure QLYQS_5
步骤5：所述计算机根据所述标定板与实际工件之间的位置关系以及所述实际工件的3D模型数据，计算出示教所述工业机器人加工所述实际工件所需的示教点在所述坐标系B下的位姿矩阵
Figure QLYQS_6
步骤6：所述计算机计算所需的示教点在所述工业机器人的当前坐标系A下的位姿矩阵
Figure QLYQS_7
并将其写入所述控制器以替换所述控制器中的原示教点。
6.如权利要求5所述的工业机器人快速示教方法，其特征在于，所述机械臂的末端安装有拖动部件，所述拖动部件与所述控制器连接，通过拖动所述拖动部件能够带动所述机械臂运动。
7.如权利要求5所述的工业机器人快速示教方法，其特征在于，Pt＝T1·Pc。
8.如权利要求5所述的工业机器人快速示教方法，其特征在于，
Figure QLYQS_8
/>
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