CN111360789B - 工件加工的示教方法、控制方法及机器人示教系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工件加工的控制方法、机器人进行工件加工的控制方法、机器人示教系统、机器人及存储装置。其中，工件加工的控制方法包括：获取基准定位装置在基准坐标系的基准位姿，基准定位装置以预定方式固定于示教工件上；在示教定位装置相对示教工件进行移动的过程中，获取示教定位装置在示教坐标系的示教位姿，并根据示教位姿形成移动轨迹；根据基准坐标系和示教坐标系的关系以及基准位姿，将移动轨迹转化为相对基准定位装置的示教轨迹。通过上述方式，本发明最终形成的示教轨迹是相对基准定位装置的，即相对工件本身的，并不受工件的位置变化或姿态变化影响。

Description

工件加工的示教方法、控制方法及机器人示教系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种工件加工的示教方法、控制方法及机器人示教系统。

背景技术

机器人由于可代替人工做出可重复的精确的运动，在各领域中获得了广泛的应用。目前主要有两种方式规划机器人的运动轨迹，一是在线示教，二是离线编程示教。

在线示教不但过程繁琐、效率低，示教时需占用实际的机器人，影响生产效率且容易发生事故，导致设备或人员的损伤；而且示教的精度完全靠示教者的经验目测决定，精度较低，对于复杂的工件加工操作难以获得令人满意的示教效果；此外现有的示教器价格昂贵，且通用性差。离线编程示教需要依赖工件的3D模型才能实现，且需要每个工件均按照一定的位姿完全固定，灵活性差。

因此，为解决上述问题，必须提供一种新的工件加工的示教方法、控制方法及机器人示教系统。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种工件加工的示教方法，包括：获取基准定位装置在基准坐标系的基准位姿，所述基准定位装置以预定方式固定于示教工件上；在所述示教定位装置相对所述示教工件进行移动的过程中，获取示教定位装置在示教坐标系的示教位姿，并根据所述示教位姿形成移动轨迹；根据所述基准坐标系和所述示教坐标系的关系以及所述基准位姿，将所述移动轨迹转化为相对所述基准定位装置的示教轨迹。

作为本发明的进一步改进，所述基准坐标系和所述示教坐标系均为定位基站所在坐标系；所述获取基准定位装置在基准坐标系的基准位姿，包括：获取所述基准定位装置相对所述定位基站的基准位姿；所述获取示教定位装置在示教坐标系的示教位姿，包括：获取所述示教定位装置相对所述定位基站的示教位姿。

作为本发明的进一步改进，所述获取所述基准定位装置相对所述定位基站的基准位姿，包括：通过所述基准定位装置接收由所述定位基站发射的红外激光信号的方式，获取所述基准定位装置相对所述定位基站的基准位姿；所述获取示教定位装置相对所述定位基站的示教位姿，包括：通过所述示教定位基站接收由所述定位基站发射的红外激光信号的方式，获取所述示教定位装置相对所述定位基站的示教位姿。

本发明还提供了一种机器人进行工件加工的控制方法，包括：获取如上述所述示教方法所得到的示教轨迹；基于固定于实际工件上的所述基准定位装置，控制所述机器人的加工工具运行所述示教轨迹；其中，所述基准定位装置固定于所述实际工件的方式与其固定于所述示教工件上的方式相同。

作为本发明的进一步改进，所述控制所述机器人的加工工具运行所述示教轨迹，包括：获取固定于加工工具上的实操定位装置相对所述基准定位装置的实操位姿；基于所述实操位姿对所述加工工具运行所述示教轨迹进行校正。

本发明还提供了一种机器人示教系统，包括：定位装置，包括以预定方式固定于示教工件上的基准定位装置及可相对所述示教工件移动设置的示教定位装置；数据处理装置，与所述定位装置通信连接；用于获取所述基准定位装置在基准坐标系的基准位姿；以及，在所述示教定位装置相对所述示教工件进行移动的过程中，获取示教定位装置在示教坐标系的示教位姿，并根据所述示教位姿生成移动轨迹；以及，根据所述基准坐标系和所述示教坐标系的关系和所述基准位姿，将所述移动轨迹转化为相对所述基准定位装置的示教轨迹。

作为本发明的进一步改进，所述示教系统还包括定位基站；所述基准坐标系和所述示教坐标系均为定位基站所在坐标系，所述基准位姿为所述基准定位装置相对所述定位基站的位姿，所述示教位姿为所述示教定位装置相对所述定位基站的位姿。

作为本发明的进一步改进，所述定位基站为红外激光发射基站以用于向所述定位装置发射红外激光信号；所述定位装置均配设有红外光传感器以用于接收所述红外激光信号，进而获得所述基准位姿及所述示教位姿。

本发明还提供了一种机器人，包括：加工工具，形成于所述机器人靠近实际工件的一端，以用于运行示教轨迹进而对所述实际工件进行加工；实操定位装置，固定于所述加工工具上；用于在所述加工工具相对所述实际工件进行加工移动的过程中，获得其相对基准定位装置的实操位姿；其中，所述基准定位装置以预定方式固定于所述实际工件上。

本发明还提供了一种存储装置，存储有能够被处理器运行的程序指令，所述程序指令用于实现如上述所述的示教方法及如上述所述的控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的工件加工的示教方法通过移动示教定位装置并根据坐标转化即可形成示教轨迹，且最终形成的示教轨迹是相对基准定位装置的，即相对工件本身的，并不受工件的位置变化或姿态变化影响；在本发明实际操作过程中，无论实际工件的位姿如何，均可实现与示教效果相同的轨迹。因此本发明提供的示教方法无需限制示教地点且无需限制工件的位置及姿态，较现有技术中依赖工件的3D模型及严格限制实际工件的位置及姿态的方式，本发明简化了生产流程，提高了灵活性；

(2)本发明提供的示教方法只需移动示教定位装置即可实现，无需像传统的示教过程一样在实际场景中在线逐步移动机械手臂，避免了现有技术中占用实际机器人示教影响生产效率且易发生事故的问题，整个示教过程简单高效且更易于操作；并且，较现有技术中完全靠示教者经验目测决定示教精度的方式，本发明的上述方式精度更高，在涉及到复杂路径时具有较好的示教效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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申请的一些实施例，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。其中：

图1为本发明机器人示教系统的结构示意图；

图2为本发明工件加工的示教方法一实施方式的流程示意图；

图3为本发明机器人的结构示意图；

图4为本发明机器人进行工件加工的控制方法一实施方式的流程示意图；

图5为本发明图4中控制方法一应用场景示意图；

图6为本发明存储装置一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本申请实施例的方案进行详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。

本文中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，本文中的“多”表示两个或者多于两个。

在示教阶段，请参阅图1，本发明提供了一种机器人示教系统100，用于对示教工件200进行示教，其包括定位装置及与定位装置通信连接的数据处理装置(未图示)。其中，定位装置包括以预定方式固定于示教工件200上的基准定位装置1及可相对示教工件200移动设置的示教定位装置2。

另外，数据处理装置用于获取基准定位装置1在基准坐标系的基准位姿；以及，在示教定位装置2相对示教工件200进行移动的过程中，获取示教定位装置2在示教坐标系的示教位姿，并根据示教位姿生成移动轨迹；以及，根据基准坐标系和示教坐标系的关系和基准位姿，将移动轨迹转化为相对基准定位装置1的示教轨迹。通过上述定位装置的设置，在机器人300进行示教的过程中，获得了相对基准定位装置1的示教轨迹，即相对于示教工件200本身的示教轨迹。

为了简化坐标转化流程以简便快速的得到相对基准定位装置1的示教轨迹，机器人示教系统100还包括定位基站3，上述基准坐标系和示教坐标系均为定位基站3所在坐标系，即上述基准位姿为基准定位装置1相对定位基站3的位姿，上述示教位姿为示教定位装置2相对定位基站3的位姿。由于基准位姿和示教位姿均为同一坐标系下的位姿，因此数据处理装置将示教定位装置2的示教位姿转化为相对基准定位装置1的位姿，从而根据示教位姿生成的移动轨迹也就转化成了相对基准定位装置1的示教轨迹。

当然，在本发明的其他实施例中，基准坐标系和示教坐标系也可为不同的坐标系，只需通过额外引入中间坐标系进行坐标转化，同样可以达到将示教位姿转化为相对基准定位装置1的位姿的效果。

在一实施方式中，上述定位装置采用的定位原理为光学原理，即红外激光定位原理，具体地，定位基站3为红外激光发射基站以用于向定位装置发射红外激光信号；上述定位装置均配设有红外光传感器以用于接收红外激光信号，进而获得基准位姿及示教位姿。具体地，定位基站3发射红外激信号，并不断地进行高速扫描，定位装置通过自身的红外光传感器接收该红外激光信号，并计算其相对于定位基站3的位置及姿态信息。

在一具体实施例中，基准定位装置1设有一个，定位基站3设有一个，且覆盖基准定位装置1所在区域及示教定位装置2的移动区域。基准定位装置1及示教定位装置2均各配设有四个红外光传感器，以用于接收定位基站3发射的红外激光信号。当然，在其他实施例中，上述红外光传感器的数量也可为四个以上的任意数，即基准定位装置1也可配设有大于四个的红外光传感器，同样地示教定位装置2也可配设有大于四个的红外光传感器。

为了获得较高的定位精度，定位基站3的数量可以设置为大于一个，但相应地成本和定位的复杂度也会增加。例如，当定位基站3的数量为两个时，获取的基准定位装置1的基准位姿也为两个，通过计算两个基准位姿的平均值以得到更精准的基准位姿。另外，多个定位基站3也利于保证每个定位装置处于任何位置均能接收到红外激光信号，防止因定位装置处于其中一个定位基站3盲区时无法接收红外激光信号的情况发生。

类似地，为了获得较高的定位精度，基准定位装置1的数量也可以设置为大于一个，但相应地成本和定位的复杂度也会增加，在此不再赘述。

因此，根据实际使用需要，本发明提供的定位基站3及基准定位装置1的数量均可调整，在此不作限制。

当然，在本发明的一些其他实施例中，上述定位装置采用的定位原理也可为其他定位原理，例如3D视觉定位原理、红外摄像定位原理等，只要可以达到获得定位装置的位姿的效果，即可实现本发明的目的，在此不作限制。

基于上述机器人示教系统100，本发明还提供了一种工件加工的示教方法。请参阅图2，图2为本发明工件加工的示教方法一实施方式的流程示意图，该示教方法包括：

S101：获取基准定位装置1在基准坐标系的基准位姿，基准定位装置1以预定方式固定于示教工件200上。

具体地，首先基准定位装置1以预定方式固定于示教工件200上可以为将基准定位装置1固定于示教工件200上的某一个位置。例如固定于示教工件200的某一个角上。而后机器人示教系统100中的数据处理装置获取基准坐标系的基准位姿。当然，在本发明的其他实施例中，预定方式可以为其他方式，即基准定位装置1可以固定于示教工件200上的任意位置。

在一个实施方式中，将定位基站3设置于示教工件200的附近，上述基准坐标系为定位基站3所在坐标系，上述S101步骤中获取基准定位装置1的基准位姿还包括：获取基准定位装置1相对定位基站3的基准位姿。当然，在本发明的其他实施中，基准坐标系也可为其他坐标系，在此不作限制。

进一步地，定位基站3优选为红外激光发射基站，通过基准定位装置1接收由定位基站3发射的红外激光信号的方式，数据处理装置获取基准定位装置1相对定位基站3的基准位姿。具体地，在示教过程中，定位基站3发射红外激光信号，基准定位装置1通过接收红外激光信号的方式计算其自身相对于定位基站3的基准位姿，而后将该基准位姿发送给数据处理装置，数据处理装置获取该基准位姿。通过上述方式，不仅操作简便，而且获取的位姿精度更高。

当然，在本发明的其他实施例中，获取基准位姿的方式还可以为3D视觉定位、红外摄像定位等，只要达到将获取位姿的效果即可实现本发明的目的。

S102：在示教定位装置2相对示教工件200进行移动的过程中，获取示教定位装置2在示教坐标系的示教位姿，并根据示教位姿形成移动轨迹。

具体地，用户可通过人工手持示教定位装置2的方式按照预先规划好的移动轨迹相对示教工件200进行移动，数据处理装置不断获取移动过程中示教定位装置2在示教坐标系下的示教位姿，并根据示教位姿形成移动轨迹。例如，为了对工件进行焊接操作的示教轨迹即为工件需焊接位置的延伸轨迹；又例如，为了对工件进行切割操作的示教轨迹即为工件需切割位置的延伸轨迹。

在一个实施方式中，上述示教坐标系为定位基站3所在坐标系，上述S102步骤中获取示教定位装置2的示教位姿还包括：获取示教定位装置2相对定位基站3的示教位姿。当然，在本发明的其他实施中，示教坐标系也可为其他坐标系，即示教坐标系与基准坐标系可以为同一坐标系，也可以为不同坐标系。当示教坐标系与基准坐标系为不同坐标系时，通过额外引入中间坐标系进行转换即可实现将示教位姿转化为相对基准定位装置1的位姿的效果。为了避免复杂的坐标转化过程，本实施例优选为上述示教坐标系与基准坐标系为同一坐标系的方式。

进一步地，与上述基准定位装置1的原理相同，通过示教定位装置2接收由上述定位基站3发射的红外激光信号的方式，数据处理装置获取示教定位装置2相对上述定位基站3的示教位姿。具体地，在示教过程中，示教定位装置2通过接收红外激光信号的方式计算其自身相对于定位基站3的示教位姿，而后将该示教位姿发送给数据处理装置，数据处理装置获取该示教位姿。当然，在本发明的其他实施例中，获取示教位姿的方式还可以为3D视觉定位、红外摄像定位等，只要达到获取位姿的效果即可实现本发明的目的。

此外，上述步骤S101可以和步骤S102同时进行，即数据处理装置可以同时获取基准定位装置1的基准位姿及示教定位装置2的移动轨迹。当然，上述步骤S101和步骤S102也可先后进行，具体先后顺序不作限定。

S103：根据基准坐标系和示教坐标系的关系以及基准位姿，将移动轨迹转化为相对基准定位装置1的示教轨迹。

具体地，在本实施例中，由于基准坐标系与示教坐标系为同一坐标系，即同为定位基站3所在坐标系，则根据示教位姿形成的移动轨迹可转化为相对基准定位装置1的示教轨迹。当然，在其他实施例中，基准坐标系与示教坐标系也可为不同坐标系，只要根据基准坐标系与示教坐标系之间的关系以及基准位姿，即可将移动轨迹转化为相对基准定位装置1的示教轨迹的方式均在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，上述示教轨迹为相对基准定位装置1的示教轨迹，由于基准定位装置1是固定于示教工件200的某一特定位置的，所以该示教轨迹也即相对示教工件200本身的示教轨迹。

由此，上述示教过程不受工件的位置变化或姿态变化影响，即无论实际工件的位姿如何，只需保证基准定位装置1固定于实际工件的方式与其固定于示教工件200上的方式相同，均可实现与示教效果相同的轨迹。因此本发明提供的示教方法无需限制示教地点且无需限制工件的位置及姿态，较现有技术中依赖工件的3D模型及严格限制实际工件的位置及姿态的方式，本发明简化了生产流程，提高了灵活性。此外，本发明提供的示教方法只需移动示教定位装置2即可实现，无需像传统的示教过程一样在实际场景中在线逐步移动机械手臂，避免了现有技术中占用实际机器人示教影响生产效率且易发生事故的问题，整个示教过程简单高效且更易于操作；并且，较现有技术中完全靠示教者经验目测决定示教精度的方式，本发明的上述方式精度更高，在涉及到复杂路径时具有较好的示教效果。

在实操阶段，请参阅图3，本发明还提供了一种机器人300，包括形成于机器人300靠近实际工件一端的加工工具4及固定于加工工具4上的实操定位装置5。具体地，机器人300包括机器人手臂6，加工工具4形成于机器人手臂6靠近实际工件的一端。加工工具4用于运行上述示教轨迹进而对实际工件进行加工；实操定位装置5用于在加工工具4相对实际工件进行加工移动的过程中，获得其相对基准定位装置1的实操位姿。其中，需要说明的是，基准定位装置1以预定方式固定于实际工件上，即基准定位装置1固定于实际工件的方式与其固定于示教工件200上的方式相同。

在一实施方式中，上述加工工具4可为用于焊接用的焊枪，以对实际工件进行焊接操作；在另一实施方式中，上述加工工具4也可为用于机械切割用的割枪，以对实际工件进行切割操作。

基于上述机器人300，本发明提供了一种机器人300进行工件加工的控制方法，请参阅图4，图4为本发明机器人300进行工件加工的控制方法一实施方式的流程示意图，该方法包括：

S201：获取上述示教方法所得到的示教轨迹。

S202：基于固定于实际工件上的基准定位装置1，控制机器人300的加工工具4运行示教轨迹；其中，基准定位装置1固定于实际工件的方式与其固定于示教工件200上的方式相同。

由于根据上述示教方法得到的示教轨迹是相对基准定位装置1的，即相对工件本身的，所以在实操阶段，只需保证基准定位装置1固定于实际工件的方式与其固定于示教工件200上的方式相同，数据处理装置即可按照示教轨迹生成机器人指令以控制机器人300的加工工具4运行该示教轨迹。并且，无论实际工件的位置及姿态如何，由于基准定位装置1相对实际工件的位置是不变的，因此无需依赖实际工件的3D模型及严格限制实际工件的位姿，对于每一个实际工件均能运行与示教过程相同的示教轨迹。

在一应用场景中，请参阅图5，实际工件400放置于传送履带7上，且每一个实际工件400的位姿均不相同，数据处理装置根据示教过程形成的示教轨迹控制机器人300的加工工具4依次对每一个实际工件400进行操作，以保证每一个实际工件上的实操轨迹均相同。

进一步地，上述S202步骤还包括：获取固定于加工工具4上的实操定位装置5相对基准定位装置1的实操位姿；基于实操位姿对加工工具4运行示教轨迹进行校正。

具体地，由于传送振动及机器人300移动抖动等原因，在加工工具4运行示教轨迹时，加工工具4及实际工件均可能会出现不同程度的位移。为了避免上述位移影响操作精度，数据处理装置不断获取固定于加工工具4上的实操定位装置5相对基准定位装置1的实操位姿，并通过比对实操位姿与示教位姿，以便于对加工工具4运行示教轨迹进行校正。

在一实施例中，获得上述实操位姿的具体过程可以为：在实操环境中设置定位基站3a，数据处理装置获取固定于实际工件上的基准定位装置1相对于定位基站3a的位姿及实操定位装置5相对于定位基站3a的位姿，而后将实操定位装置5相对于定位基站3a的位姿转化为其相对于基准定位装置1的实操位姿。当然，在其他实施例中，也可取消实操定位装置5，采用其他方式获取加工工具4末端的位姿，例如采用测量工具直接测量等。

需要说明的是，本实施例中的定位基站3a可以为与示教阶段中共用的定位基站3，也可为另外设置的定位基站。当示教阶段与实操阶段为同一地点时，可以共用一个定位基站，当示教阶段与实操阶段为不同地点时，可以另外设置定位基站。

本发明还提供了一种存储装置，请参照图6，图6为本发明存储装置一实施方式的结构示意图。该存储装置60存储有能够被数据处理装置运行的程序指令600，程序指令用于实现上述任一实施例中的工件加工的示教方法及机器人300进行工件加工的控制方法。即上述工件加工的示教方法及机器人300进行工件加工的控制方法以软件形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可存储在一个电子设备可读取的存储装置60中，该存储装置60可以是U盘、光盘或者服务器等。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种工件加工的示教方法，其特征在于，包括：

获取基准定位装置在基准坐标系的基准位姿，所述基准定位装置以预定方式固定于示教工件上；

在示教定位装置相对所述示教工件进行移动的过程中，获取示教定位装置在示教坐标系的示教位姿，并根据所述示教位姿形成移动轨迹；

根据所述基准坐标系和所述示教坐标系的关系以及所述基准位姿，将所述移动轨迹转化为相对所述基准定位装置的示教轨迹。

2.根据权利要求1所述的示教方法，其特征在于，所述基准坐标系和所述示教坐标系均为定位基站所在坐标系；

所述获取基准定位装置在基准坐标系的基准位姿，包括：获取所述基准定位装置相对所述定位基站的基准位姿；

所述获取示教定位装置在示教坐标系的示教位姿，包括：获取所述示教定位装置相对所述定位基站的示教位姿。

3.根据权利要求2所述的示教方法，其特征在于，

所述获取所述基准定位装置相对所述定位基站的基准位姿，包括：通过所述基准定位装置接收由所述定位基站发射的红外激光信号的方式，获取所述基准定位装置相对所述定位基站的基准位姿；

所述获取示教定位装置相对所述定位基站的示教位姿，包括：通过所述示教定位装置接收由所述定位基站发射的红外激光信号的方式，获取所述示教定位装置相对所述定位基站的示教位姿。

4.一种机器人进行工件加工的控制方法，其特征在于，包括：

获取权利要求1-3中任一项所述的示教方法所得到的示教轨迹；

基于固定于实际工件上的所述基准定位装置，控制所述机器人的加工工具运行所述示教轨迹；

其中，所述基准定位装置固定于所述实际工件的方式与其固定于所述示教工件上的方式相同。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述机器人的加工工具运行所述示教轨迹，包括：

获取固定于加工工具上的实操定位装置相对所述基准定位装置的实操位姿；

基于所述实操位姿对所述加工工具运行所述示教轨迹进行校正。

6.一种机器人示教系统，其特征在于，包括：

定位装置，包括以预定方式固定于示教工件上的基准定位装置及可相对所述示教工件移动设置的示教定位装置；

数据处理装置，与所述定位装置通信连接；用于获取所述基准定位装置在基准坐标系的基准位姿；以及，在所述示教定位装置相对所述示教工件进行移动的过程中，获取示教定位装置在示教坐标系的示教位姿，并根据所述示教位姿生成移动轨迹；以及，根据所述基准坐标系和所述示教坐标系的关系和所述基准位姿，将所述移动轨迹转化为相对所述基准定位装置的示教轨迹。

7.根据权利要求6所述的示教系统，其特征在于，所述示教系统还包括定位基站；所述基准坐标系和所述示教坐标系均为定位基站所在坐标系，所述基准位姿为所述基准定位装置相对所述定位基站的位姿，所述示教位姿为所述示教定位装置相对所述定位基站的位姿。

8.根据权利要求7所述的示教系统，其特征在于，所述定位基站为红外激光发射基站以用于向所述定位装置发射红外激光信号；所述定位装置均配设有红外光传感器以用于接收所述红外激光信号，进而获得所述基准位姿及所述示教位姿。

9.一种机器人，其特征在于，包括：

加工工具，形成于所述机器人靠近实际工件的一端，以用于运行示教轨迹进而对所述实际工件进行加工；

实操定位装置，固定于所述加工工具上；用于在所述加工工具相对所述实际工件进行加工移动的过程中，获得其相对基准定位装置的实操位姿；其中，所述基准定位装置以预定方式固定于所述实际工件上。

10.一种存储装置，其特征在于，存储有能够被数据处理装置运行的程序指令，所述程序指令用于实现权利要求1-3中任一项所述的示教方法及4-5中任一项所述的控制方法。

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