CN110757447A - 一种机器人示教编程方法、装置、系统和计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

涉及机器人示教编程技术领域，尤其涉及机器人示教编程方法、装置、系统和计算机可读介质，可简单实现机器人编程，不受机器人类型限制。机器人示教编程系统(100)可包括：可运动装置(20)，用于在一个机器人(30)的工作空间中模仿机器人(30)的末端执行器运动；一个机器人示教编程装置(40)，用于记录第一坐标系(101)下可运动装置(20)的第一运动信息，并将其转换为机器人(30)的第二坐标系(102)下的第二运动信息，进而根据第二运动信息对机器人(30)编程。使用一个可运动装置来模拟机器人的末端执行器，具有操作容易，不受机器人类型限制的优点。通过简单的坐标转换来实现示教编程，无需较高的编程技能。

Description

一种机器人示教编程方法、装置、系统和计算机可读介质
技术领域
本发明涉及机器人示教编程技术领域，尤其涉及一种机器人示教编程方法、装置、系统和计算机可读介质。
背景技术
机器人是一个机器，由外部或内置的控制装置控制，从而自动完成一系列复杂的动作。通常，机器人所完成的动作由计算机程序控制，而这些计算机程序的编程方式可包括但不限于如下三种：
1、采用示教盒(teach pendant)的编程方式
这种方式是利用示教盒上的功能按钮来驱动机器人的各关节轴，按作业所需要的顺序单轴运动或多关节协调运动，完成位置和功能的示教编程。这种方式受限于对示教盒的操作，操作复杂，并且通常都需要对多个轴进行协同控制，增加了编程的复杂度。
2、人来引导的示教(lead through teaching)编程方式
这种方式下，通常由人引导机器人末端执行器(end-effector)经过所要求的位置，同时由传感器检测出机器人各关节处的坐标值，并由控制系统记录这些数据信息，机器人的控制系统会重复再现示教过的轨迹。考虑到人的安全和操作能力，这种方式通常仅适用于小型机器人。
3、离线编程
这种方式下，用户在模拟环境中对机器人进行编程。机器人、机器人的周围环境和所有对象被映射到模拟环境中。用户以虚拟方式限定位置、轨迹和与工作对象的交互。然后，真实机器人执行这些指令。采用这种方式，机器人的整个周围环境需要准确地映射到模拟环境中，其要求用户具有高级编程技能。
综上，目前的机器人编程方式有的难于操作，有的对编程技能要求较高，而有的方式并不能适用于所有类型的机器人。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种机器人示教编程技术，可简单实现机器人的编程，且不受机器人类型的限制。
第一方面，提供一种机器人示教编程方法。该方法可包括：记录第一运动信息，所述第一运动信息为在一个第一坐标系下、一个可运动装置在一个机器人的工作空间中模仿所述机器人的末端执行器运动的信息；按照所述第一坐标系与一个第二坐标系的对应关系，以及所述第一运动信息，确定第二运动信息，其中，所述第二坐标系为所述机器人在所述工作空间中的坐标系，所述第二运动信息为在所述第二坐标系下、所述可运动装置模仿所述机器人的末端执行器运动的信息；根据所述第二运动信息对所述机器人编程。
其中，利用一个可运动装置来模拟一个机器人的末端执行器运动，记录该可运动装置的运动信息，将记录的运动信息通过坐标转换，转换为机器人的坐标系下的运动信息，再利用转换后的运动信息对机器人编程。具有操作容易，不受机器人类型限制的优点。通过简单的坐标系的转换来实现示教编程，无需较高的编程技能。
可选地，所述可运动装置包括至少一个信号接收器，该方法中，在记录第一运动信息时，可根据所述至少一个信号接收器接收到的来自至少一个信号发射器的信号来确定并记录所述第一运动信息，进而，该方法中，还根据所述至少一个信号发射器与所述机器人的相对位置关系，确定所述第一坐标系与所述第二坐标系的对应关系。这样，根据部署的信号发射器的位置即可确定上述两个坐标系之间的对应关系，具有简单易实现，且部署灵活的优点。
第二方面，提供一种机器人示教编程装置，该装置可用于实现第一方面所提供过的方法。该装置可包括：一个记录模块，用于记录第一运动信息，所述第一运动信息为在一个第一坐标系下、一个可运动装置在一个机器人的工作空间中模仿所述机器人的末端执行器运动的信息；一个转换模块，用于按照所述第一坐标系与一个第二坐标系的对应关系，以及所述第一运动信息，确定第二运动信息，其中，所述第二坐标系为所述机器人在所述工作空间中的坐标系，所述第二运动信息为在所述第二坐标系下、所述可运动装置模仿所述机器人的末端执行器运动的信息；一个编程模块，用于根据所述第二运动信息对所述机器人编程。
其中，利用一个可运动装置来模拟一个机器人的末端执行器运动，记录该可运动装置的运动信息，将记录的运动信息通过坐标转换，转换为机器人的坐标系下的运动信息，再利用转换后的运动信息对机器人编程。具有操作容易，不受机器人类型限制的优点。通过简单的坐标系的转换来实现示教编程，无需较高的编程技能。
可选地，所述可运动装置包括至少一个信号接收器，所述记录模块，具体用于根据所述至少一个信号接收器接收到的来自至少一个信号发射器的信号来确定并记录所述第一运动信息；所述转换模块，还用于根据所述至少一个信号发射器与所述机器人的相对位置关系，确定所述第一坐标系与所述第二坐标系的对应关系。这样，根据部署的信号发射器的位置即可确定上述两个坐标系之间的对应关系，具有简单易实现，且部署灵活的优点。
第三方面，提供一种机器人示教编程装置，包括：至少一个存储器，用于存储计算机可读代码；至少一个处理器，用于调用所述计算机可读代码，执行第一方面提供的方法。
第四方面，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在计算机可读介质上并且包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使至少一个处理器执行第一方面提供的方法。
第五方面，提供一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在被处理器执行时，使所述处理器执行第一方面提供的方法。
第五方面，提供一种机器人示教编程系统，包括：一个可运动装置，用于在一个机器人的工作空间中模仿所述机器人的末端执行器运动；一个机器人示教编程装置，用于记录第一运动信息，所述第一运动信息为在一个第一坐标系下、所述可运动装置运动的信息；按照所述第一坐标系与一个第二坐标系的对应关系，以及所述第一运动信息，确定第二运动信息，其中，所述第二坐标系为所述机器人在所述工作空间中的坐标系，所述第二运动信息为在所述第二坐标系下、所述可运动装置模仿所述机器人的末端执行器运动的信息；以及根据所述第二运动信息对所述机器人编程。
其中，利用一个可运动装置来模拟一个机器人的末端执行器运动，记录该可运动装置的运动信息，将记录的运动信息通过坐标转换，转换为机器人的坐标系下的运动信息，再利用转换后的运动信息对机器人编程。具有操作容易，不受机器人类型限制的优点。通过简单的坐标系的转换来实现示教编程，无需较高的编程技能。
可选地，所述可运动装置包括至少一个信号接收器，所述系统还包括至少一个所述至少一个信号发射器，所述机器人示教编程装置，具体用于根据所述至少一个信号接收器接收到的来自至少一个信号发射器的信号来确定并记录所述第一运动信息；所述机器人示教编程装置，还用于根据所述至少一个信号发射器与所述机器人的相对位置关系，确定所述第一坐标系与所述第二坐标系的对应关系。这样，根据部署的信号发射器的位置即可确定上述两个坐标系之间的对应关系，具有简单易实现，且部署灵活的优点。
本发明提供的上述各方面中，可选地，所述第一运动信息和第二运动信息的类型包括下列信息中的至少一种：位置信息、姿态信息、轨迹信息、速度信息，和加速度信息。可基于获取的各种运动信息来实现对机器人的精确编程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的机器人示教编程系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的机器人示教编程方法的流程图。
图3为本发明实施例中位置示教的示意图。
图4为本发明实施例中姿态示教的示意图。
图5为本发明实施例提供的一种机器人示教编程装置的一种结构示意图。
图6为本发明实施例提供的机器人示教编程装置的另一种结构示意图。
附图标记列表：
100：计算机示教编程系统 20：可运动装置 30：机器人
101：第一坐标系 102：第二坐标系
201：信号接收器 202：信号发射器
40：机器人示教编程装置
401：记录模块 402：转换模块 403：编程模块
404：存储器 405：处理器
(X1,Y1,Z1)：在第一坐标系101下可运动装置20的位置坐标
(X2,Y2,Z2)：在第二坐标系102下可运动装置20的位置坐标
RYP1：在第一坐标系101下可运动装置20的姿态角
RYP2：在第二坐标系102下可运动装置20的姿态角
S201：确定第一坐标系101和第二坐标系102的对应关系
S202：记录可运动装置20的第一运动信息
S203：进行坐标变换，根据第一运动信息确定第二运动信息
S204：根据第二运动信息对机器人30编程
具体实施方式
如前所述，目前的示教编程技术存在难于操作、对编程技能要求高、不能适用于所有类型机器人等缺点。本发明实施例中，利用一个可运动装置来模拟一个机器人的末端执行器运动，记录该可运动装置的运动信息，将记录的运动信息通过坐标转换，转换为机器人的坐标系下的运动信息，再利用转换后的运动信息对机器人编程。具有操作容易，不受机器人类型限制的优点。通过简单的坐标系的转换来实现示教编程，无需较高的编程技能。
其中，该可运动装置可包括至少一个信号接收器，其接收至少一个信号发射器的信号，通过对信号接收器接收的信号可确定该可运动装置的运动信息，比如：位置、姿态、轨迹、速度、加速度等信息。这样的运动跟踪方式使得整个示教编程部分不易受示教编程工具布置的影响，示教编程空间灵活度较高。
下面，结合附图对本发明实施例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的机器人示教编程系统的结构示意图。如图1所示，该系统100可包括：
一个可运动装置20，用于模仿一个机器人30的末端执行器的运动；
一个机器人示教编程装置40，用于记录在一个第一坐标系101下、该可运动装置20运动的信息，这里称作“第一运动信息”；并且按照该第一坐标系101与一个第二坐标系102的对应关系，以及第一运动信息，确定在第二坐标系102下、该可运动装置20的运动信息，这里称作“第二运动信息”。其中，该第二坐标系102为机器人30在工作空间中的坐标系，比如：可为世界坐标系、基座坐标系、工件坐标系等；然后，根据该第二运动信息对该机器人30编程。
这里，机器人30可以是一个真实存在的机器人30，也可以是一个仿真软件模拟的机器人。只要该机器人30的坐标系，即上述的“第二坐标系”是确定的，即可通过本发明实施例提供的方案对该机器人进行示教编程。
其中，上述第一运动信息和第二运动信息均用于描述可运动装置20的运动，区别在于，第一运动信息是参照第一坐标系101来描述可运动装置20的运动，而第二运动信息是参照第二坐标系102，即机器人30的坐标系来描述可运动装置20的运动。根据第一坐标系101和第一坐标系101的对应关系，即可由第一运动信息得到第二运动信息，进而实现在机器人30的坐标系下来描述可运动装置20的运动，而可运动装置20是用于模仿机器人30的运动，因此实现了在机器人30的工作空间中对机器人30的运动进行示教，从而可以根据第二运动信息实现对机器人30的示教编程。
图1中的曲线表示该可运动装置20的运动轨迹。在可运动装置20的运动过程中，机器人示教编程装置40可记录可运动装置20的位置信息，如图3所示的(X1,Y1,Z1)，即可运动装置20在第一坐标系101下的位置坐标，而(X2,Y2,Z2)即为坐标变换后的在第二坐标系102下可运动装置20的位置坐标。机器人示教编程装置40还可记录可运动装置20的姿态信息，如图4所示的RYP1，即可运动装置20在第一坐标系101下的姿态角，而RYP2为坐标变换后的在第二坐标系102下的可运动装置20的姿态角。此外，可运动装置20的位置随时间的变化可用于表示可运动装置20的轨迹，机器人示教编程装置40还可记录可运动装置20的轨迹信息。此外，还可得到可运动装置20的速度信息、加速度信息等。
如图5所示，该机器人示教编程装置40在功能实现上可包括一个记录模块401，用于记录可运动装置20在第一坐标系101下的运动信息，即第一运动信息；一个转换模块402，用于按照第一坐标系101和第二坐标系102的对应关系，将第一运动信息转换为第二坐标系102下的第二运动信息，即在机器人30的坐标系下的运动信息；一个编程模块403，用于根据转换后得到的第二运动信息对机器人30编程。在一种可选的实现方式下，该可运动装置20包括至少一个信号接收器202，记录模块401是根据该至少一个信号接收器202接收到的至少一个信号发射器201的信号来确定并记录第一运动信息，而转换模块402还可根据该至少一个信号发射器201与机器人30的相对位置关系，来确定第一坐标系101与第二坐标系102的对应关系。
如图6所示，该机器人示教编程装置40在硬件实现上可包括至少一个存储器404，用于存储计算机可读代码，至少一个处理器405，用于调用存储器404上存储的计算机可读代码，实现该机器人示教编程装置40的各项功能。比如图5中各模块的功能。因此，图5所示的各模块在实现上可为计算机程序模块，作为计算机可读代码存储在存储器404中。
此外，图5所示的各模块也可为由硬件和软件组合而实现的各个功能模块，或者仅为硬件实现的各个功能模块。可预先将访问控制方法中涉及的各流程的控制逻辑烧制到诸如现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片或复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)中，而由这些芯片或器件执行各硬件模块的功能，具体实现方式可依工程实践而定。
机器人示教编程装置40在记录可运动装置20的运动信息时，有多种可选的实现方式。以图1中所示的至少一个信号接收器202接收至少一个信号发射器201，机器人示教编程装置40根据接收信号来确定并记录第一运动信息为例。
其中，机器人示教编程装置40可根据该至少一个信号发射器202与机器人30的相对位置关系，确定第一坐标系101与第二坐标系102的对应关系。可选地，至少一个信号发射器202在所述可运动装置20模仿所述机器人30的末端执行器运动的过程中保持静止。这样就可以在示教编程之间预先获得一个固定的坐标系对应关系。
其中，至少一个信号发射器201可记录在各个时刻至少一个信号接收器202的位置信息，如图3所示，根据各个信号接收器202的位置信息进而计算出可运动装置20在各个时刻的位置信息，再发送至机器人示教编程装置40，机器人示教编程装置40即可根据接收的可运动装置20在各个时刻的位置信息，计算可运动装置20的速度信息、加速度信息、轨迹信息等。
或者，至少一个信号发射器201可记录在各个时刻至少一个信号接收器202的位置信息，不经过进一步的处理而直接发给机器人示教编程装置40。机器人示教编程装置40再进一步计算可运动装置20在各个时刻的位置信息、加速度信息、速度信息、轨迹信息等。
或者，至少一个信号发射器201可记录在各个时刻至少一个信号接收器202的位置信息，如图4所示，由于各个信号接收器202之间的位置关系是固定且预先知道的，因此至少一个信号发射器201可根据各个信号接收器202的位置信息进而计算出可运动装置20在各个时刻的姿态信息，再发送至机器人示教编程装置40，机器人示教编程装置40即可获知可运动装置20在各个时刻的姿态信息。
或者，至少一个信号发射器201可记录在各个时刻至少一个信号接收器202的位置信息并直接发给机器人示教编程装置40。机器人示教编程装置40根据预先知道的各个信号接收器202之间的位置关系，以及各时刻各个信号接收器202的位置信息进而计算出可运动装置20在各个时刻的姿态信息。
图2为本发明实施例提供的机器人示教编程方法的流程图。该方法可由机器人示教编程装置40执行。如图2所示，该方法可包括如下步骤：
S201：确定第一坐标系101和第二坐标系102的对应关系。
如前所述，机器人示教编程装置40可根据至少一个信号发射器201与机器人30的相对位置关系，来确定第一坐标系101与第二坐标系102之间的对应关系。
S202：记录可运动装置20的第一运动信息。
如前所述，机器人示教编程装置40可从至少一个信号发射器201获取信息并确定第一运动信息。
S203：进行坐标变换，根据第一运动信息确定第二运动信息。
机器人示教编程装置40根据第一坐标系101与第二坐标系102的对应关系，由第一运动信息换算得到第二运动信息。
S204：根据第二运动信息对机器人30编程。
当获得了可运动装置20在机器人30的坐标系下的运动信息后，机器人示教编程装置40即可根据该信息对机器人30进行示教编程。
该方法的其他可选实现方式可参照前述的系统100中的描述，这里不再赘述。
此外，本发明实施例还提供一种计算机可读介质，该计算机可读介质上存储有计算机可读指令，该所述计算机可读指令在被处理器执行时，使所述处理器实现本发明实施例中机器人示教编程装置40的功能。计算机可读介质的实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选地，可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载计算机可读指令。
此外，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品被有形地存储在计算机可读介质上并且包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使至少一个处理器实现本发明实施例中机器人示教编程装置40的功能。
综上，本发明实施例提供了一种机器人示教编程方法、装置、系统和计算机可读介质和计算机程序产品。其具有易操作，高效率、低成本等优点。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

Claims (12)

1.机器人示教编程方法，其特征在于，包括：
记录第一运动信息，所述第一运动信息为在一个第一坐标系(101)下、一个可运动装置(20)在一个机器人(30)的工作空间中模仿所述机器人(30)的末端执行器运动的信息；
按照所述第一坐标系(101)与一个第二坐标系(102)的对应关系，以及所述第一运动信息，确定第二运动信息，其中，所述第二坐标系(102)为所述机器人(30)在所述工作空间中的坐标系，所述第二运动信息为在所述第二坐标系(102)下、所述可运动装置(20)模仿所述机器人(30)的末端执行器运动的信息；
根据所述第二运动信息对所述机器人(30)编程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可运动装置(20)包括至少一个信号接收器(201)，
所述记录第一运动信息，包括：根据所述至少一个信号接收器(201)接收到的来自至少一个信号发射器(202)的信号来确定并记录所述第一运动信息；
所述方法还包括：根据所述至少一个信号发射器(202)与所述机器人(30)的相对位置关系，确定所述第一坐标系(101)与所述第二坐标系(102)的对应关系。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一运动信息和第二运动信息的类型包括下列信息中的至少一种：
位置信息；
姿态信息；
轨迹信息；
速度信息；
加速度信息。
4.机器人示教编程装置(40)，其特征在于，包括：
一个记录模块(401)，用于记录第一运动信息，所述第一运动信息为在一个第一坐标系(101)下、一个可运动装置(20)在一个机器人(30)的工作空间中模仿所述机器人(30)的末端执行器运动的信息；
一个转换模块(402)，用于按照所述第一坐标系(101)与一个第二坐标系(102)的对应关系，以及所述第一运动信息，确定第二运动信息，其中，所述第二坐标系(102)为所述机器人(30)在所述工作空间中的坐标系，所述第二运动信息为在所述第二坐标系(102)下、所述可运动装置(20)模仿所述机器人(30)的末端执行器运动的信息；
一个编程模块(403)，用于根据所述第二运动信息对所述机器人(30)编程。
5.如权利要求4所述的装置(40)，其特征在于，所述可运动装置(20)包括至少一个信号接收器(201)，
所述记录模块(401)，具体用于根据所述至少一个信号接收器(201)接收到的来自至少一个信号发射器(202)的信号来确定并记录所述第一运动信息；
所述转换模块(402)，还用于根据所述至少一个信号发射器(202)与所述机器人(30)的相对位置关系，确定所述第一坐标系(101)与所述第二坐标系(102)的对应关系。
6.如权利要求4或5所述的装置(40)，其特征在于，所述第一运动信息和第二运动信息的类型包括下列信息中的至少一种：
位置信息；
姿态信息；
轨迹信息；
速度信息；
加速度信息。
7.机器人示教编程装置(40)，其特征在于，包括：
至少一个存储器(404)，用于存储计算机可读代码；
至少一个处理器(405)，用于调用所述计算机可读代码，执行如权利要求1～3任一项所述的方法。
8.计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在计算机可读介质上并且包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使至少一个处理器执行权利要求1至3中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在被处理器执行时，使所述处理器执行权利要求1～3中任一项所述的方法。
10.机器人示教编程系统(100)，其特征在于，包括：
一个可运动装置(20)，用于在一个机器人(30)的工作空间中模仿所述机器人(30)的末端执行器运动；
一个机器人示教编程装置(40)，用于：
记录第一运动信息，所述第一运动信息为在一个第一坐标系(101)下、所述可运动装置(20)运动的信息；
按照所述第一坐标系(101)与一个第二坐标系(102)的对应关系，以及所述第一运动信息，确定第二运动信息，其中，所述第二坐标系(102)为所述机器人(30)在所述工作空间中的坐标系，所述第二运动信息为在所述第二坐标系(102)下、所述可运动装置(20)模仿所述机器人(30)的末端执行器运动的信息；
根据所述第二运动信息对所述机器人(30)编程。
11.如权利要求10所述的系统(100)，其特征在于，所述可运动装置(20)包括至少一个信号接收器(201)，所述系统(100)还包括至少一个所述至少一个信号发射器(202)，
所述机器人示教编程装置(40)，具体用于根据所述至少一个信号接收器(201)接收到的来自至少一个信号发射器(202)的信号来确定并记录所述第一运动信息；
所述机器人示教编程装置(40)，还用于根据所述至少一个信号发射器(202)与所述机器人(30)的相对位置关系，确定所述第一坐标系(101)与所述第二坐标系(102)的对应关系。
12.如权利要求11或12所述的系统(100)，其特征在于，所述第一运动信息和第二运动信息的类型包括下列信息中的至少一种：
位置信息；
姿态信息；
轨迹信息；
速度信息；
加速度信息。
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