CN111113424A - 一种基于三维视觉的机器人离线编程系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，包括三维视觉模块、模型处理模块、工艺模块和离线程序生成模块，由三维视觉模块来采集工件表面，并获取表面点云数据信息，然后再通过降噪、滤波等算法对点云进行处理，生成三维模型；通过模型处理模块将三维模型划分成能够让工艺模块直接进行工艺计算的小型三维模型块，并得到加工路径的速度、加速度等信息；将上述加工路径及其相关信息，通过离线程序生成模块生成机器人可以直接执行的程序。
Description
技术领域
本发明涉及机器人离线编程系统领域，尤其涉及一种基于三维视觉的机器人离线编程系统。
背景技术
工业机器人是为了实现自动化生产，代替劳动者从事复杂、重复性劳动，在制造领域应用广泛。工业机器人在使用前需要进行示教。现有技术中，在工业机器人的编程领域，目前通常采用示教编程的方法，即手动控制机器人沿所需轨迹运动，同时记录运动轨迹。上述示教编程的方法，其会占用工业机器人正常工作的时间，并且存在精度低、效率低、加工质量依赖于操作者经验等缺陷。
采用人工示教的机器人加工程序，在具体实施的过程中要求具有严格的加工作业现场条件，在“柔性”方面表现出明显的缺点。如加工和装配上的误差会造成工件位置和尺寸的变化，即工件的一致性较差，使用同一个示教程序进行加工作业会使得加工质量降低，且在工件发生更换时，且重新示教时间成本高。因此，解决这一类的问题显得尤为重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，通过实用三维视觉技术建立了工件的模型，生成对应于加工本模型的机器人程序，可以减小由于工件一致性不同而引起的加工问题；同时可以为不同工件模型根据特征和工艺数据库自动生成机器人程序，避免了示教的麻烦。
为了实现上述技术方案，本发明提供了一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，包括三维视觉模块、模型处理模块、工艺模块和离线程序生成模块，由三维视觉模块来采集工件表面，并获取表面点云数据信息，然后再通过降噪、滤波等算法对点云进行处理，生成三维模型；通过模型处理模块将三维模型划分成能够让工艺模块直接进行工艺计算的小型三维模型块，并得到加工路径的速度、加速度等信息；将上述加工路径及其相关信息，通过离线程序生成模块生成机器人可以直接执行的程序。
进一步改进在于：所述三维视觉模块包括三维视觉采集模块、点云数据优化处理算法模块和点云转化三维模型算法模块三维点云数据信息，由所述三维视觉采集模块来采集工件表面数据信号，并将其转换为；在生成三维模型文件STL前，由所述点云数据优化处理算法模块对采集到的原始点云数据信息通过滤波、降噪等算法进行处理，以使得原始点云数据信息具备生成三维模型的条件；再由所述点云转化三维模型算法模块将优化后的三维点云数据通过三维模型生成算法生成STL三维模型。
进一步改进在于：所述三维视觉采集模块由工控机、三维雷达视觉传感器和雷达点云采集算法模块组成，由所述工控机控制雷达采集的开始和停止，并接受雷达采集到的工件表面数据信号，并通过雷达点云采集算法模块将其转化为三维点云数据信息。
进一步改进在于：所述模型处理模块用来读取工艺模块中的特征数据库，并将三维视觉模块生产的三维模型，通过特征识别算法进行特征识别和匹配，以将三维模型划分成能够让工艺模块直接进行工艺计算的小型三维模型块。
进一步改进在于：所述工艺模块包括特征数据库模块、加工工艺数据库模块和路径点计算模块，所述特征数据库模块存储着不同加工工艺的特征的数据库；所述加工工艺数据库模块存储着对应上述特征的加工工艺参数信息的数据库；所述路径点计算模块依据模型处理模块划分的小型三维模型块和加工工艺数据库的加工工艺参数信息，计算工件加工路径点的三维笛卡尔坐标位置、姿态信息、速度和加速度等信息，并将数据进行存储。
进一步改进在于：由所述离线程序模块根据工艺模块的加工路径点的位置、姿态信息、速度和加速度等信息，结合工件相对于机器人的位置和姿态信息，生成机器人可以直接执行的程序。
本发明的有益效果是：本发明通过三维视觉技术能够实现对工件进行模型构建，可适应多中类型的工件，增强制造企业的灵活性和应变能力；同时改善工艺一致性加工差别较大的问题；简化了使用示教器进行机器人编程的方法，使得机器人编程的更加简便快捷，大大提高生产效率和生产的自动化程度；本发明代替人工示教的方法，能够针对不同工件进行直接规划，并生成程序，对一致性较差的某一工件也能实现规划，能够实现自动规划，提高机器人离线路径自动化程度。
附图说明
图1为本发明的系统框架图。
图2为本发明的三维视觉模块的系统框架图。
图3为本发明的工艺模块的系统框架图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
根据图1、2、3所示，本实施例提供了一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，包括三维视觉模块、模型处理模块、工艺模块和离线程序生成模块，由三维视觉模块来采集工件表面，并获取表面点云数据信息，然后再通过降噪、滤波等算法对点云进行处理，生成三维模型；通过模型处理模块将三维模型划分成能够让工艺模块直接进行工艺计算的小型三维模型块，并得到加工路径的速度、加速度等信息；将上述加工路径及其相关信息，通过离线程序生成模块生成机器人可以直接执行的程序。
在本实施例中所述三维视觉模块包括三维视觉采集模块、点云数据优化处理算法模块和点云转化三维模型算法模块三维点云数据信息，由所述三维视觉采集模块来采集工件表面数据信号，并将其转换为；在生成三维模型文件STL前，由所述点云数据优化处理算法模块对采集到的原始点云数据信息通过滤波、降噪等算法进行处理，以使得原始点云数据信息具备生成三维模型的条件；再由所述点云转化三维模型算法模块将优化后的三维点云数据通过三维模型生成算法生成STL三维模型。
在本实施例中所述三维视觉采集模块由工控机、三维雷达视觉传感器和雷达点云采集算法模块组成，由所述工控机控制雷达采集的开始和停止，并接受雷达采集到的工件表面数据信号，并通过雷达点云采集算法模块将其转化为三维点云数据信息。
在本实施例中所述模型处理模块用来读取工艺模块中的特征数据库，并将三维视觉模块生产的三维模型，通过特征识别算法进行特征识别和匹配，以将三维模型划分成能够让工艺模块直接进行工艺计算的小型三维模型块。
在本实施例中所述工艺模块包括特征数据库模块、加工工艺数据库模块和路径点计算模块，所述特征数据库模块存储着不同加工工艺的特征的数据库；所述加工工艺数据库模块存储着对应上述特征的加工工艺参数信息的数据库；所述路径点计算模块依据模型处理模块划分的小型三维模型块和加工工艺数据库的加工工艺参数信息，计算工件加工路径点的三维笛卡尔坐标位置、姿态信息、速度和加速度等信息，并将数据进行存储。
在本实施例中由所述离线程序模块根据工艺模块的加工路径点的位置、姿态信息、速度和加速度等信息，结合工件相对于机器人的位置和姿态信息，生成机器人可以直接执行的程序。
本发明通过三维视觉技术能够实现对工件进行模型构建，可适应多中类型的工件，增强制造企业的灵活性和应变能力；同时改善工艺一致性加工差别较大的问题；简化了使用示教器进行机器人编程的方法，使得机器人编程的更加简便快捷，大大提高生产效率和生产的自动化程度。
本发明通过视觉扫描、重建三维模型的方式进行离线编程代替人工示教的方法，能够针对不同工件进行直接规划，并生成程序，对一致性较差的某一工件也能实现规划；同时建立特征和特征工艺规划库，并与机器人的路径生成相结合能够实现自动规划，提高机器人离线路径自动化程度。
实施例二
在本实施例中，在模型处理模块的特征识别中增加机器学习的方法，实现对特征识别的训练，提高特征识别的准确性、智能性；在工艺模块中增加机器学习的方法，实现对工艺路径生成的训练，提高工艺路径规划的准确性和智能性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，其特征在于：包括三维视觉模块、模型处理模块、工艺模块和离线程序生成模块，由三维视觉模块来采集工件表面，并获取表面点云数据信息，然后再通过降噪、滤波等算法对点云进行处理，生成三维模型；通过模型处理模块将三维模型划分成能够让工艺模块直接进行工艺计算的小型三维模型块，并得到加工路径的速度、加速度等信息；将上述加工路径及其相关信息，通过离线程序生成模块生成机器人可以直接执行的程序。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，其特征在于：所述三维视觉模块包括三维视觉采集模块、点云数据优化处理算法模块和点云转化三维模型算法模块三维点云数据信息，由所述三维视觉采集模块来采集工件表面数据信号，并将其转换为；在生成三维模型文件STL前，由所述点云数据优化处理算法模块对采集到的原始点云数据信息通过滤波、降噪等算法进行处理，以使得原始点云数据信息具备生成三维模型的条件；再由所述点云转化三维模型算法模块将优化后的三维点云数据通过三维模型生成算法生成STL三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，其特征在于：所述三维视觉采集模块由工控机、三维雷达视觉传感器和雷达点云采集算法模块组成，由所述工控机控制雷达采集的开始和停止，并接受雷达采集到的工件表面数据信号，并通过雷达点云采集算法模块将其转化为三维点云数据信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，其特征在于：所述模型处理模块用来读取工艺模块中的特征数据库，并将三维视觉模块生产的三维模型，通过特征识别算法进行特征识别和匹配，以将三维模型划分成能够让工艺模块直接进行工艺计算的小型三维模型块。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，其特征在于：所述工艺模块包括特征数据库模块、加工工艺数据库模块和路径点计算模块，所述特征数据库模块存储着不同加工工艺的特征的数据库；所述加工工艺数据库模块存储着对应上述特征的加工工艺参数信息的数据库；所述路径点计算模块依据模型处理模块划分的小型三维模型块和加工工艺数据库的加工工艺参数信息，计算工件加工路径点的三维笛卡尔坐标位置、姿态信息、速度和加速度等信息，并将数据进行存储。
6.根据权利要求1所述的一种基于三维视觉的机器人离线编程系统，其特征在于：由所述离线程序模块根据工艺模块的加工路径点的位置、姿态信息、速度和加速度等信息，结合工件相对于机器人的位置和姿态信息，生成机器人可以直接执行的程序。
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