CN111015675A - 一种典型机器人视觉示教系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种典型机器人视觉示教系统，涉及机器人视觉系统技术领域。本发明包括视觉模块、数据处理模块和动作控制模块，视觉模块包括左摄像和右摄像，分别安装于机器人的头部位置，用于采集机器人的位置姿态图片数据；数据处理模块对位置姿态图片数据进行处理，生成机器人的最终的位置姿态数据；动作控制模块用于控制不同的伺服电机，实现机器人不同位置姿态的展现。本发明通过示教而不是编程的方法，便利地为工业机器人加入视觉识别能力，不需要用户具备专业的机器视觉领域知识，降低了为工业机器人配套的机器视觉产品在物体识别、质量检测、位置检测、过程检测和安全防护等领域的运用难度。
Description
技术领域
本发明属于机器人视觉系统技术领域，特别是涉及一种典型机器人视觉示教系统。
背景技术
对机器人编程，这样串联机器就可以工作，因此示教学习及其重要。发达国家很早就开始对机器人示教学习进行研究。机器人示教系统的主要工作流程为示范教学系统收集的信息传送给主控制器系统在由伺服电机驱动机器人本体，而传感器及相关设备收集的信息再次传送至主控制器。
工业机器人示教实现的基础为示教学习系统，获取数据，制定位姿等，最终得到动作程序。工业机器人大约经过了“示教—再现”(Teaching andplaying)方式，离线编程式(Off-line programming)到自行编译程序代码、自行规划的几个阶段。
示教复现可以理解为操作者将机器人装置活动到指定的位置，将其位姿信息进行记录，让其对轨迹多个位置进行采集，此后机器人将可以自主达成预期计划。既往示教再现法的操作局限于固定工位，只有让程序表现出泛化性，这样才能扩大示教再现方法应用范围。
关节空间轨迹规划核心是对轨迹中间点角度值进行求解，相对较容易，规划阶段不存在装置奇异。其原理是对轨迹起始点以及结束点关节角度值进行求解，前提是维持加速度连续等，使用插补算法从而实现对中间关节角度值的求解。只对机器人角度值曲线进行规划，机器人在立体空间作业时会出现运动轨迹以及作业要求的偏差。为了解决这个问题，可以依托样条曲线插补等来解决。现阶段，任务空间轨迹规划是十分普遍的，比如末端姿态需要有着严格的瞬时变化规律，这使得任务空间轨迹规划变得十分重要，对任务轨迹进行离散，控制精度高，离散点的数量多，离散点对应着关节空间，基于此获得关节角度值，让机器人可以完成任务轨迹。其在立体空间中所进行的规划效果良好，经运动学逆解其离散可得轨迹点进一步输出为控制机器人的动作，计算量很大，会导致控制时间延长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种典型机器人视觉示教系统，本发明通视觉系统将视觉采集、标注、训练和识别系统整合在了一个视觉控制器中，降低了系统复杂度。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种典型机器人视觉示教系统，包括视觉模块、数据处理模块和动作控制模块，所述视觉模块包括左摄像和右摄像，分别安装于机器人的头部位置，用于采集机器人的位置姿态图片数据；所述数据处理模块对位置姿态图片数据进行处理，生成机器人的最终的位置姿态数据；所述动作控制模块用于控制不同的伺服电机，实现机器人不同位置姿态的展现。
优选地，所述视觉模块还包括视觉系统设置和辅助模块，所述视觉系统设置包括用于连接参数设置、控制指令传递、数据采集的视觉系统通信模块，状态读取、系统校准、误差分析的视觉系统校准模块，和采样频次设置模块；
所述辅助模块包括用于显示图标、隐藏图标的示教状态监视模块，用于写入位姿数据、存储位姿数据的文件操作模块。
优选地，所述数据处理模块分别对左摄像和右摄像采取位姿图片信息进行分别处理，分别提取左摄像和右摄像采取位姿图片的特征点坐标进行特征匹配；
所述数据处理模块对匹配后的特征点坐标进行三维建模，构建三维坐标。
优选地，所述数据处理模块根据三维坐标计算机器人不同关节的末端位姿以及关节角度，动作控制模块根据处理结果控制相应的伺服电机实现关节调整述。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通视觉系统将视觉采集、标注、训练和识别系统整合在了一个视觉控制器中，降低了系统复杂度、现场部署难度，用于工业机器人现场的视觉示教流程，不需要用户编程。
2、本发明通过示教而不是编程的方法，便利地为工业机器人加入视觉识别能力，不需要用户具备专业的机器视觉领域知识，降低了为工业机器人配套的机器视觉产品在物体识别、质量检测、位置检测、过程检测和安全防护等领域的运用难度。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的典型机器人视觉示教系统结构示意图；
图2为本发明的典型机器人视觉示教控制系统示意图；
图3为本发明的典型机器人视觉示教系统功能示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1所示，本发明为一种典型机器人视觉示教系统，包括视觉模块、数据处理模块和动作控制模块，采用的机器人本体，从底座到腕部一共有6个关节，自下而上分别命名称作1、2、3…6。它们各自由一台松下伺服电机来驱动，为了实现更好的传动控制，前三个关节部分，本次发明研究主要选择安装R-V减速器，在后三个关节部分，本次发明研究主要选择安装谐波减速器。
机器人控制器部分，选择工业PC+运动控制器，使得上、下位机运行可以实现有效的协调。上位机工作内容涵盖了建模、示教、反馈等。工业机器人工作环境相对较复杂，同时还需要达到较高的控制精度，工作波动性小，同时有着足够高的开放性
上位机需要体现出下列特点：
1)适用于物理化学不适宜人工操作的环境；
2)可以高效精准的实现输入输出，更好的对接工业现场设备；
3)在复杂干扰下可以持续高效的工作，表现出优良的性能；
4)可以使用市面上各种操作系统，表现出多线程性，可以同时应对多项工作。
在机器人上位机方面，处理器选择主频2.8GHz的Pentium(R)4，内存方面选择1.0GB，硬盘方面选择160GB。
其中的核心元件运动控制器，其所担任的角色为下位机，负责伺服控制输出等多种，选择ACR9000P3U8B0控制器。
视觉模块包括左摄像和右摄像，分别安装于机器人的头部位置，用于采集机器人的位置姿态图片数据；
数据处理模块对位置姿态图片数据进行处理，生成机器人的最终的位置姿态数据；
动作控制模块用于控制不同的伺服电机，实现机器人不同位置姿态的展现。
如图3所示，视觉模块还包括视觉系统设置和辅助模块，视觉系统设置包括用于连接参数设置、控制指令传递、数据采集的视觉系统通信模块，状态读取、系统校准、误差分析的视觉系统校准模块，和采样频次设置模块；
辅助模块包括用于显示图标、隐藏图标的示教状态监视模块，用于写入位姿数据、存储位姿数据的文件操作模块。
如图2所示，数据处理模块分别对左摄像和右摄像采取位姿图片信息进行分别处理，分别提取左摄像和右摄像采取位姿图片的特征点坐标进行特征匹配；数据处理模块对匹配后的特征点坐标进行三维建模，构建三维坐标。
数据处理模块根据三维坐标计算机器人不同关节的末端位姿以及关节角度，动作控制模块根据处理结果控制相应的伺服电机实现关节调整述。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
示教而不是编程的方法，便利地为工业机器人加入视觉识别能力，不需要用户具备专业的机器视觉领域知识，降低了为工业机器人配套的机器视觉产品在物体识别、质量检测、位置检测、过程检测和安全防护等领域的运用难度。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种典型机器人视觉示教系统，其特征在于，包括视觉模块、数据处理模块和动作控制模块，
所述视觉模块包括左摄像和右摄像，分别安装于机器人的头部位置，用于采集机器人的位置姿态图片数据；
所述数据处理模块对位置姿态图片数据进行处理，生成机器人的最终的位置姿态数据；
所述动作控制模块用于控制不同的伺服电机，实现机器人不同位置姿态的展现。
2.根据权利要求1所述的一种典型机器人视觉示教系统，其特征在于，所述视觉模块还包括视觉系统设置和辅助模块，所述视觉系统设置包括用于连接参数设置、控制指令传递、数据采集的视觉系统通信模块，状态读取、系统校准、误差分析的视觉系统校准模块，和采样频次设置模块；
所述辅助模块包括用于显示图标、隐藏图标的示教状态监视模块，用于写入位姿数据、存储位姿数据的文件操作模块。
3.根据权利要求1所述的一种典型机器人视觉示教系统，其特征在于，所述数据处理模块分别对左摄像和右摄像采取位姿图片信息进行分别处理，分别提取左摄像和右摄像采取位姿图片的特征点坐标进行特征匹配；
所述数据处理模块对匹配后的特征点坐标进行三维建模，构建三维坐标。
4.根据权利要求3所述的一种典型机器人视觉示教系统，其特征在于，所述数据处理模块根据三维坐标计算机器人不同关节的末端位姿以及关节角度，动作控制模块根据处理结果控制相应的伺服电机实现关节调整。
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Cited By (1)
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