CN107331279A - 示教装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了示教装置及***，涉及智能控制技术领域，其中，该示教装置包括：同步器、相机组、示教器、轨迹处理器和机器人，在该示教装置中，相机组包括至少两个相机，示教器包括陀螺仪，同步器、相机组、示教器、轨迹处理器和机器人依次相连，使用时，先由同步器向相机组和示教器发送同步信号，之后，相机组在接收到同步信号后，控制各个相机同时采集示教器的示教位置信息，同时，陀螺仪用于在接收到同步信号后，采集示教器的示教角度信息，并且，轨迹处理器能够根据示教位置信息和示教角度信息生成示教轨迹信号，这样，机器人按照示教轨迹信号进行生产作业，并且，示教过程方便快捷。

Description

示教装置及***

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及示教装置及***。

背景技术

随着经济的发展和科技的进步，原本需要人工进行操作的生产作业逐步变成了由机器人来进行操作，从而在很大幅度上节省了人力消耗，提高了生产效率。

由于，在某个行业内的生产环境中生产的过程大致都相同，生产的工序和步骤多是重复进行的。因此，在目前的生产作业中，首先需要将生产作业的操作轨迹“演示”给机器人，之后，由机器人按照既定的操作轨迹来重复工作，以完成生产作业。而机器人记录操作轨迹的方式多为在机器人中预先存储程序代码，之后，机器人按照预先存储的程序代码来进行生产作业。

近年来，示教器的出现为机器人进行生产作业提供了新的方式。即先由示教器通过按键一步一步的操纵机器人进行生产作业的操纵，机器人在上述过程中记录操纵的轨迹，当整个生产作业的过程演练完一遍之后，机器人按照已经记录的轨迹来执行生产作业。但是，在该示教过程中，机器人在演练过程中难以精确记录示教器的指示，导致一方面是现场环境的影响使示教无法准确进行，另一方面，示教轨迹过于复杂难以实施。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供了示教装置及***，通过设置同步器和相机组等，实现了机器人对示教过程的快速学习。

第一方面，本发明实施例提供了示教装置，包括：同步器、相机组、示教器、轨迹处理器和机器人，其中，相机组包括至少两个相机，示教器包括陀螺仪；

同步器、相机组、示教器、轨迹处理器和机器人依次相连；

同步器，用于向相机组和示教器发送同步信号；

相机组，用于在接收到同步信号后，控制各个相机同时采集示教器的示教位置信息；

陀螺仪，用于在接收到同步信号后，采集示教器的示教角度信息；

轨迹处理器，用于根据示教位置信息和示教角度信息生成示教轨迹信号；

机器人，用于按照示教轨迹信号进行生产作业。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，同步器、示教器和相机组设置在第一网段，轨迹处理器和机器人设置在第二网段，且，第一网段和第二网段为不同的网段。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，示教器顶部的不同位置处设置有三个光源，且，三个光源用于计量示教位置信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，同步器的频率为125赫兹。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，示教装置还包括标定杆，标定杆与示教器相连；

标定杆，用于对三个光源所在的坐标系进行标定。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，示教装置还包括三维空间模型，同步器、相机组、示教器和机器人均设置在三维空间模型中。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，相机组包括躁点去除器，躁点去除器，用于去除三维空间模型中的干扰光线。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，相机组包括四台相机，每台相机等间隔的设置在示教器的上方，且，每台相机之间的镜头均向下倾斜45度。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，示教装置还包括方格靶纸，方格靶纸与相机组相连；

方格靶纸，用于对相机组内的各个相机进行焦距校验。

第二方面，本发明实施例提供了示教***，包括：监视器和上述的示教装置；

监视器和示教装置相连；

监视器，用于对示教装置的工作状态进行实时监视。

本发明实施例提供的示教装置及***，其中，该示教装置包括：同步器、相机组、示教器、轨迹处理器和机器人，其中，相机组包括至少两个相机，示教器包括陀螺仪，在实际操作过程中，同步器、相机组、示教器、轨迹处理器和机器人依次相连，具体的，是由同步器向相机组和示教器发送同步信号，之后，相机组在接收到同步信号后，控制各个相机同时采集示教器的示教位置信息，同时，陀螺仪用于在接收到同步信号后，采集示教器的示教角度信息，并且，轨迹处理器用于根据示教位置信息和示教角度信息生成示教轨迹信号，之后，机器人用于按照示教轨迹信号进行生产作业，通过上述同步器和相机组的设置，能由多个相机来获取示教位置信息，同时，由陀螺仪来获取示教角度信息，轨迹处理器根据示教位置信息和示教角度信息来生成示教轨迹信号，最后，由机器人按照示教轨迹信号进行生产作业，该处理过程方便快速，通过相机组的使用，使示教过程更加方便快捷。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出了本发明实施例所提供的示教装置的连接图；

图2示出了本发明实施例所提供的示教装置的结构连接图；

图3示出了本发明实施例所提供的示教装置的三维空间模型的结构框架图；

图4示出了本发明实施例所提供的示教***的结构连接图。

图标：1-同步器；2-相机组；3-示教器；4-轨迹处理器；5-机器人；6-三维空间模型；7-监视器；8-示教装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，在工业加工领域多使用机器人5来完成需要重复操作的生产过程。但是，前提是需要事先给机器人5演练生产作业的过程，之后，由机器人5按照既定的操作轨迹来重复进行生产作业。机器人5记录上述操作轨迹的方式多为在机器人5中预先存储程序代码，之后，机器人5按照预先存储的程序代码来进行生产作业。虽然，示教器3的出现为机器人5进行生产作业提供了新的方式，即先由示教器3通过按键来操纵机器人5进行生产作业，机器人5在上述过程中记录操作轨迹，当整个生产作业的过程演练完一遍之后，机器人5按照已经记录的轨迹来执行生产作业。但是，在该示教过程中，机器人5在演练过程中难以精确记录示教器3的指示，进而导致在示教的过程中，一方面是现场环境的影响使示教无法准确进行，另一方面，示教轨迹过于复杂难以实施。

基于此，本发明实施例提供了示教装置及***，下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1、图2和图3，本实施例提出的示教装置8具体包括：同步器1、相机组2、示教器3、轨迹处理器4和机器人5，在该示教装置8中，相机组2包括至少两个相机，以保证示教器3所在的空间范围能够完全被相机覆盖，从而确保了采集到的示教器3信息的全面性。并且，示教器3中还包括有陀螺仪，在该示教装置8中，同步器1、相机组2、示教器3、轨迹处理器4和机器人5依次相连，在使用时，先同步器1用来向相机组2和示教器3发送同步信号，之后，相机组2用来在接收到同步信号后，控制各个相机同时采集示教器3的示教位置信息，从而保证了示教位置信息采集的一致性，另外，这里需要进行说明的是，示教位置信息通常由示教器3在直角坐标系中的位置坐标组成。与此同时，陀螺仪用于在接收到同步信号后，采集示教器3的示教角度信息，这里需要进行说明的是，示教角度信息通常由示教器3在极坐标系中的角度坐标组成。之后，由轨迹处理器4用于根据示教位置信息和示教角度信息生成示教轨迹信号，并由机器人5按照示教轨迹信号进行生产作业。

在该示教装置8还包括三维空间模型6，同步器1、相机组2、示教器3和机器人5均设置在三维空间模型6中。例如，三维空间模型6可为长方体三维空间，即第一步、需要组装一个稳定牢固的长方体三维空间(2m*2m*2.8m)。第二步、相机组2包括四台相机，每台相机等间隔的设置在示教器3的上方，且，每台相机之间的镜头均向下倾斜45度(使视场内各个位置都能被相机所覆盖)固定在上述长方体三维空间的四个顶角。第三步、利用网线将相机组2、示教器3、机器人5、同步器1和轨迹处理器4相连，并且将相机组2内的各个相机、示教器3、同步器1等设备的电源线连接好，然后上电。

此外，在上述三维空间模型6中，难免会有其他光线(例如，下述标定杆上的发光光源)对相机组2造成干扰，从而造成相机组2内的各个相机采集到的示教位置信息由于曝光等造成信息不准确。为此，在相机组2中还包括躁点去除器，躁点去除器用来去除三维空间模型6中的干扰光线，从而能使相机组2内的各个相机采集到准确清晰的图像，并从中获取到精确的示教位置信息。

此外，由于各个相机的出厂设置可能会有差异，例如，相机的视场角和焦距设置等各不相同，这样，各个相机拍摄到的示教器3的图像会有很大差异，这样，即使相机组2内的各个相机在接收到同步信号后进行示教位置信息的采集也无法获取到属性一致的图像。因此在示教装置8中还包括方格靶纸，方格靶纸与相机组2相连，方格靶纸用来对相机组2内的各个相机进行焦距校验，即相机组2内的各个相机都通过方格靶纸来进行参数(例如，焦距等)的矫正和统一。

在该示教装置8中，为了保障同步信号能够便捷快速的传输到示教器3和相机组2，将同步器1、示教器3和相机组2设置在第一网段，轨迹处理器4和机器人5设置在第二网段，并且，第一网段和第二网段为不同的网段。将轨迹处理器4和机器人5设置在与同步器1、示教器3和相机组2不同的网段，就能保证轨迹处理器4和机器人5不受同步信号的干扰，即在示教装置8中，同步器1、示教器3和相机组2的处理过程不受轨迹处理器4和机器人5的影响，从而保证了示教位置信息和示教角度信息的准确性。这里需要进行说明的是，轨迹处理器4可由具有计算能力的PC机或者移动终端来具体实现。

另外，为了进一步保证示教器3的示教位置信息和示教角度信息的准确性，同步器1的频率为125赫兹，即每8ms给每台相机和示教器3内的陀螺仪发送一次同步信号，确保能够同时得到示教器3的示教位置信息和示教角度信息。

通常，示教器3的体积比较大，在用不同的相机来获取示教器3的示教位置信息时，相机拍摄的位置有差异，会出现相机会采集到不同的示教位置信息也有差异。为此，在示教器3顶部的不同位置处设置有三个光源，并且，三个光源用于计量示教位置信息，坐标系是通过标定杆标定所构成的，示教器上的三个光源是通过在此坐标系下得到的当前的位置信息即示教位置信息。这里，需要进行说明的是，在示教装置8中还包括标定杆，标定杆与示教器3相连，标定杆用来对三个光源构成的坐标进行标定，即确定坐标系的构成。

为了使示教器3能够在整个视场中稳定地工作，所以相机在整个视场中扫描总帧数在1000帧左右，具体方法是开启标定杆上侧三个发光光源，工作人员高举标定杆，以较慢的速度S形均匀地扫过整个视场范围，然后再把标定杆放低以同样的方法扫场。具体的，首先是开启标定杆右侧三个发光光源，由这三个发光光源构成一个平面的直角三角形，之后，摆放标定杆的方向要与机器人5上的坐标系(即由三个光源组成的)重合，因为在同一个平面，标定杆会确定一个世界坐标系(XYZ)，而机器人5相对这个平面也要确定一个基坐标(XYZ)。标定杆的长边为世界坐标系的X轴，短边为Y轴。遵循右手坐标系，食指方向为X轴的正方向，中指所指方向为Y轴的正方向，大拇指方向就是演算出的Z轴方向，所以，机器人5基坐标系建立也要参考标定杆的方向。

操作时，第一步、示教器3学习，即示教器3竖直放置，为了通过学习示教器3顶部三点确定一个空间坐标系，需要将示教器3下部的发光光源遮挡住放入三维空间模型6中的空间位置，采集100帧数据，示教器3学习完成。第二步、示教器3重心偏移，为了定位示教器3尖端的位置坐标，需要将示教器3下部的发光点也放入视场中，这样每台相机检测到四个稳定的点，采集100帧数据，偏移完成。第三步、将示教器3放在一点不动，旋转示教器3，可以观察到示教器3的坐标只有旋转轴角度变化，其他角度基本不变。

综上所述，本实施例提供的示教装置8包括：同步器1、相机组2、示教器3、轨迹处理器4和机器人5，在上述示教装置8中，相机组2包括至少两个相机，并且，在示教器3中还包括陀螺仪，使用时，同步器1、相机组2、示教器3、轨迹处理器4和机器人5依次相连，具体的工作过程中，首先，由同步器1来向相机组2和示教器3发送同步信号，之后，相机组2用于在接收到同步信号后，控制各个相机同时采集示教器3的示教位置信息，同时，陀螺仪能够在接收到同步信号后，采集示教器3的示教角度信息，这样，轨迹处理器4能够用来根据示教位置信息和示教角度信息生成示教轨迹信号，并且，由轨迹处理器4将示教轨迹信号发送给机器人5，机器人5用于按照示教轨迹信号进行生产作业，通过上述处理过程可见，在使用时，同步器1、相机组2和陀螺仪能够准确的采集到示教位置信息和示教角度信息，并由轨迹处理器4根据示教位置信息和示教角度信息生成示教轨迹信号，以使机器人5按照示教轨迹信号进行生产作业，使得示教过程快速精准，提高了机器人5进行生产作业的效率。

实施例2

参见图4，本实施例提供了示教***包括：监视器7和上述的示教装置8，在该示教***中，监视器7和示教装置8相连，在进行使用时，监视器7用来对示教装置8的工作状态进行实时监视，从而使工作人员能够从远端实时查看到示教装置8的工作状态，特别是示教装置8出现异常，或者是，工作人员因为某些原因未能查看到示教装置8的工作状态时，可通过监视器7进行回看，从而方便了工作人员进行管理。

综上所述，本实施例提供的示教***包括：监视器7和上述的示教装置8，在该示教***中，监视器7和示教装置8相连，使用时，监视器7能够对示教装置8的工作状态进行实时监视，从而使工作人员便于监督示教装置8的工作过程。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.示教装置，其特征在于，包括：同步器、相机组、示教器、轨迹处理器和机器人，其中，所述相机组包括至少两个相机，所述示教器包括陀螺仪；

所述同步器、所述相机组、所述示教器、所述轨迹处理器和所述机器人依次相连；

所述同步器，用于向所述相机组和所述示教器发送同步信号；

所述相机组，用于在接收到所述同步信号后，控制各个所述相机同时采集所述示教器的示教位置信息；

所述陀螺仪，用于在接收到所述同步信号后，采集所述示教器的示教角度信息；

所述轨迹处理器，用于根据所述示教位置信息和所述示教角度信息生成示教轨迹信号；

所述机器人，用于按照所述示教轨迹信号进行生产作业。

2.根据权利要求1所述的示教装置，其特征在于，所述同步器、所述示教器和所述相机组设置在第一网段，所述轨迹处理器和所述机器人设置在第二网段，且，所述第一网段和所述第二网段为不同的网段。

3.根据权利要求2所述的示教装置，其特征在于，所述示教器顶部的不同位置处设置有三个光源，且，所述三个光源用于计量所述示教位置信息。

4.根据权利要求1所述的示教装置，其特征在于，所述同步器的频率为125赫兹。

5.根据权利要求3所述的示教装置，其特征在于，还包括标定杆，所述标定杆与所述示教器相连；

所述标定杆，用于对三个光源所在的坐标系进行标定。

6.根据权利要求1所述的示教装置，其特征在于，还包括三维空间模型，所述同步器、所述相机组、所述示教器和所述机器人均设置在所述三维空间模型中。

7.根据权利要求6所述的示教装置，其特征在于，所述相机组包括躁点去除器，所述躁点去除器，用于去除所述三维空间模型中的干扰光线。

8.根据权利要求7所述的示教装置，其特征在于，所述相机组包括四台相机，每台所述相机等间隔的设置在所述示教器的上方，且，所述每台相机之间的镜头均向下倾斜45度。

9.根据权利要求4所述的示教装置，其特征在于，还包括方格靶纸，所述方格靶纸与所述相机组相连；

所述方格靶纸，用于对所述相机组内的各个相机进行焦距校验。

10.示教***，其特征在于，包括：监视器和如权利要求1-9任一项所述的示教装置；

所述监视器和所述示教装置相连；

所述监视器，用于对所述示教装置的工作状态进行实时监视。