[发明专利]一种基于立体视觉的机器人手持示教装置及方法

说明书

本发明属于机器人示教和立体视觉领域，涉及一种基于立体视觉的机器人快速示教装置及方法，包括：信息发送模块、信号触发装置、至少三个光源、手持握柄、位姿测量杆件。在立体视觉有效视场范围内，使手持示教装置的位姿测量杆件末端以设定的姿态移动到规划路径上的设定点的位置，获取特征识别单元的图像信息，通过数据处理获取立体视觉坐标系到三个光源坐标系的位姿矩阵，结合手持示教装置几何尺寸标定结果进一步构建位姿测量杆件末端坐标系到机器人基座标系的位姿矩阵，求算示教点在机器人基坐标系下的位姿信息，最终使机器人复现示教点轨迹。本装置简单灵活、可使用范围广，受环境影响小，工作效率高，能够实现快速示教，提升机器人使用易用性。

技术领域

本发明涉及机器人示教设备，具体涉及一种基于立体视觉和姿态传感器的手持示教装置及方法

技术背景

工业机器人在各个行业中的应用越来越广泛，而机器人示教过程则是机器人工作过程中重要的一步。

目前在机器人示教主要有两种方法——人工示教方法和离线示教方法。人工示教是指由人工导引机器人末端执行器，或由人工操作导引机械模拟装置，或用示教盒来使机器人完成预期的动作，由于此类机器人的编程通过实时在线示教程序来实现，而机器人本身凭记忆操作，故能不断重复再现。离线示教法指先对示教点进行采集，在计算机上模拟仿真编程，通过轨迹规划形成轨迹路径。但是传统示教过程耗费了操作人员大量时间。因此需要一种快速简单的示教办法。

近年来，机器人视觉技术为解决机器人示教问题带来新的可能。目前比较成熟的视觉技术有基于飞行时间(TOF)、结构化光、双目视觉和光场的技术。这些技术都能通过一定的算法得到被测对象的深度信息，将深度信息反馈给机器人系统，便可解决机器人示教中的深度问题。

目前关于工业机器人视觉示教，例如中国专利号：CN201610595202.4，名称：一种基于立体视觉技术对机器人进行示教的方法，该发明公开了一种基于立体视觉技术对机器人进行示教的方法，该方法具体为：在工具(如焊枪、喷头)上放置标识物，使用立体视觉摄像头识别工具，并连续记录每一帧的深度图，再将工具放置于机器人末端，标定机器人末端工具坐标系到焊枪标识物坐标系的位姿变换矩阵，然后进行示教复现。该方法示教时无需拖拽机器手臂，轻便而且节省空间，系统搭建较为简便。然而，该方法具有一定的局限性。该方法使用的是真实焊枪或者其他工具，标识物需要考虑如何固接于不同的工具，不具有通用性。此外，该方法每次示教完将工具安装到机器人末端后，都需要重新标定摄像头坐标系下工具位姿矩阵到机器人坐标系下手臂末端位姿矩阵的变换关系，这对于需要多次示教不同规划路径的工况环境是十分耗时耗力的，机器人使用易用性有所限制。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出使用一种基于立体视觉的手持示教装置及方法，目的是为了解决机器人示教过程繁琐，示教时间长的问题。本发明提出了一种简易的示教装置结构和示教方法，能够简化机器人示教过程，缩短示教时间，使机器人示教过程方便快捷，提高示教效率和机器人的使用易用性。

为实现上述目标，本发明的主要技术方案如下：

根据本发明的第一方面，本发明提出了一种基于立体视觉的机器人快速示教装置，包括：信号发送模块1、模式选择单元2、信号触发装置3、电源模块4、光斑点5、示教装置本体6、姿态传感器7和位姿测量杆件8。所述光斑点5是由例如发光二极管等可通电发光的电子元器件所形成的光斑，所述电源模块4为光斑点5和信号触发装置3提供电源，所述信号触发装置3能够控制光斑点5发光同时发送信号触发立体相机拍照，所述信号发送模块1和电源模块4固定于示教装置本体6内部，所述姿态传感器7固定于示教装置本体6内部，所述信号触发装置3固定于示教装置本体6上，所述光斑点5固定于示教装置本体6上，所述位姿测量杆件8固定于示教装置本体6前端。

所述模式选择单元2至少包括直线拟合和圆弧拟合两种轨迹拟合模式，供用户选择确定所示教的规划轨迹上的设定点的轨迹拟合模式。

手持示教装置的所述位姿测量杆件8的轴线与所述姿态传感器7轴线的位置关系固定且已知。