CN108214495A - 一种工业机器人示教***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工业机器人示教***和方法，所述***包括：视觉定位规划子***、机械臂自动化控制子***和工业机械臂，其中视觉定位子***至少包括手持***、数据处理服务器和红外激光发射基站，其中，手持***用于采集空间数据，并将空间数据发送到数据处理服务器；数据处理服务器用于根据预先规划好的路径要求对空间数据进行处理，得到满足要求的处理后数据，并将包含有处理后数据及预先规划好的路径的示教指令发送给机械臂自动化控制子***；所述红外激光发射基站用于红外激光扫描定位；机械臂自动化控制子***接收示教指令，并控制工业机械臂进行示教。本发明操作简便，安装部署方便，减少机器人路径规划繁琐的操作，缩减时间成本。

Description

一种工业机器人示教***和方法

技术领域

本发明涉及工业机器人示教领域，具体涉及一种工业机器人示教***和方法。

背景技术

机械手臂是机器人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造等领域都有着广泛的应用。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

常见的六自由度机械手臂由沿X轴移动，沿Y轴移动，沿Z轴移动，绕X轴转动，绕Y轴转动，绕Z轴转动共六个自由度组成。由于六自由度机械臂的运动灵活性，在目前的工业自动化生产***中有广泛的应用。

六自由度工业机器人机械臂主要用来代替人类进行一些重复性强或者危险性大的操作。例如工业制造领域的焊接、喷涂等对人体有一定危害和危险性的工作。但是完成这项工作的前提是预先对机器人发出指令，规定机器人的运动路径和三维空间中的位置及姿态，这个过程称为对机器人的示教。

示教再现是一种机器人领域普遍采用的方式，即通过手动控制与机器人适配的示教器操纵机器人的关节运动，以使机器人运动到预定的位置，同时将该位置进行记录，并传递到机器人控制器中，之后的机器人可根据指令自动重复该任务，操作人员也可以选择不同的坐标系对机器人进行示教。由于对空间位置的精度要求较高，这个工作通常耗时较长且过程繁琐容易出现疏漏和错误，同时这种示教再现的方法对于操作员的操作技能要求较高。

人工牵引示教也是一种示教再现***的形式，操作员通过人工牵引机器人的手臂对机器人进行示教，这种方式劳动强度较大，对于大功率的机器人并不合适，操作的技巧性很强，精度不易保证。这些问题大大增加了工业机器人的使用成本，小规模工厂或者主要从事非标准化工件焊接或制造的工厂很难直接应用工业机器人来降低人工成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种工业机器人示教***及方法，能够减少机器人路径规划繁琐的操作，大幅度缩减时间成本。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明实施例提供一种工业机器人示教***，所述***包括：视觉定位规划子***、机械臂自动化控制子***和工业机械臂，其中：

所述视觉定位子***至少包括手持***、数据处理服务器和红外激光发射基站，其中，所述手持***用于采集空间数据，并将所述空间数据发送到所述数据处理服务器；所述数据处理服务器用于根据预先规划好的路径要求对所述手持***采集的空间数据进行处理，得到满足所述预先规划好的路径要求的处理后数据，并将包含有所述处理后数据及所述预先规划好的路径的示教指令发送给所述机械臂自动化控制子***；所述红外激光发射基站用于红外激光扫描定位；

所述机械臂自动化控制子***接收所述视觉定位规划子***发送的所述示教指令，并根据所述指令控制所述工业机械臂进行示教。

第二方面，本发明实施例提供一种工业机器人示教方法，包括：

通过视觉定位规划子***中的手持***获取所述手持***的空间数据，其中，所述空间数据是所述手持***基于红外激光扫描定位获取的；

通过视觉定位规划子***中的数据处理服务器根据预先规划好的路径对所述空间数据进行处理，得到满足所述预先规划好的路径要求的处理后的数据；

将包含有所述处理后的数据及所述示教指令发送给机械臂自动化控制子***，以使所述机械臂自动化控制子***根据所述指令控制工业机械臂进行示教。

本发明实施例提供的工业机器人示教***及方法，包括：视觉定位规划子***、机械臂自动化控制子***和工业机械臂，所述视觉定位规划***基于红外激光扫描定位，可以实时地输出三维空间坐标和姿态，并将规划好的三维路径实时发送给机械臂自动化控制***，使工业机械臂可以复现相同的操作。所述***操作简便，安装部署方便，对于操作人员的培训简单，同时相较传统的机器人示教器，减少了机器人路径规划繁琐的操作，大幅度缩减了时间成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的工业机器人示教***的结构示意图；

图2为本发明又一实施例提供的工业机器人示教***的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的手持***的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的标定物的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的工业机器人示教方法的流程示意图。

附图说明：

10-视觉定位规划子***； 20-机械臂自动化子控制***；30—工业机械臂；

101—数据处理服务器； 102—红外激光发射基站； 103—手持***；

104—标定物； 105—无线数据接收器； 106—交换机；

201—工控机； 202—机械臂控制驱动器； 1-手持***USB口；

2-LED指示灯； 3—开关按钮； 4-切换按钮；

5-坐标系标定按钮； 6-机器人启停切换按钮； 7-扳机机构；

8—振动反馈模块； 9-红外光敏传感器； 2-10-透明双层加塞结构；

11—可替换式采样尖端； 12—标定物USB数据接口； 13—标定物LED指示灯；

16—Mn-Zn磁环； 18—定位圆孔； 17—标准尺寸定位钢板；

14—标定物红外光敏传感器； 15—标定物红外透明双层加塞结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的工业机器人示教***的结构示意图，如图1所示，所述***包括：视觉定位规划子***10、机械臂自动化控制子***20和工业机械臂30，其中：

所述视觉定位子***10至少包括手持***103、数据处理服务器101和红外激光发射基站102，其中，所述手持***103用于采集空间数据，并将所述空间数据发送到所述数据处理服务器101；所述数据处理服务器101用于根据预先规划好的路径要求对所述手持***采集的空间数据进行处理，得到满足所述预先规划好的路径要求的处理后数据，并将包含有所述处理后数据及所述预先规划好的路径的示教指令发送给所述机械臂自动化控制子***；所述红外激光发射基站102用于红外激光扫描定位；

所述机械臂自动化控制子***20接收所述视觉定位规划子***发送的所述示教指令，并根据所述指令控制所述工业机械臂30进行示教。

具体地，图2为本发明又一实施例提供的工业机器人示教***的结构示意图，如图2所示，所述***包括视觉定位规划子***10、机械臂自动化控制子***20和工业机械臂30，其中：

所述视觉定位规划子***10所述视觉定位子***至少包括手持***、数据处理服务器和红外激光发射基站，其中，所述手持***用于采集空间数据，并将所述空间数据发送到所述数据处理服务器；所述数据处理服务器用于根据预先规划好的路径要求对所述手持***采集的空间数据进行处理，得到满足所述预先规划好的路径要求的处理后数据，并将包含有所述处理后数据及所述预先规划好的路径的示教指令发送给所述机械臂自动化控制子***；所述红外激光发射基站用于红外激光扫描定位；

所述机械臂自动化控制子***20包括一台工控机201和机器人控制驱动器202，所述工控机201接收所述视觉定位子***中的数据处理服务器发送的实时数据包，并根据所述指令控制所述机器人控制驱动器202来驱动工业机械臂30再现示教的路径。

在实际的操作过程中，用户可根据预设的将预先规划好的路径，使用手持***在空间内采集点处采集数据，并将采集的数据发送数据处理服务器，经过数据处理服务器的处理后，将处理后的数据发送到机械臂自动化控制子***的工控机，工控机接收所述视觉定位子***中的数据处理服务器发送的数据，并根据预先规划好的路径的指令控制所述机器人控制驱动器来驱动机器人再现示教的路径。

在具体的实施过程中，所述预先规划好的路径可以为多种路径，包含单点规划模式，直线规划模式，多段线规划模式和圆弧规划模式。

当机器人机械手臂示教的轨迹为简单直线且可以确认起始和终止点时，可用单点采样模式对起始和终止点分别进行采样记录，服务器将自动传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

当机器人机械手臂示教的轨迹为简单直线但需要多点作业时，可用直线模式对三维空间中的一条直线轨迹进行采样记录，服务器将自动拟合空间直线上各点的数据并传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

当机器人机械手臂示教的轨迹为圆弧时，可用圆弧采样模式对空间中的一条圆弧轨迹进行采样记录，服务器将自动拟合空间圆弧数据并自动传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

当机器人机械手臂示教的轨迹较为复杂并非单一的直线或者圆弧时，可用多段线采样模式对空间中的轨迹进行采样记录，服务器将所有轨迹上的空间位置及姿态记录并高速传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

本发明实施例提供的工业机器人示教***将红外激光扫描应用于机器人的示教***，操作简便，安装部署方便，对于操作人员的培训简单，同时相较传统的机器人示教器，减少了机器人路径规划繁琐的操作，大幅度缩减了时间成本。

可选地，所述手持***至少包括红外感光传感器，中央处理模块和无线通信模块，其中：

所述红外感光传感器用于接收所述红外激光发射基站发出的红外激光的数据；

所述中央处理模块用于对所述红外感光传感器接收的数据进行实时解析，确定所述手持***实时的姿态和空间位置；

所述无线通信模块用于将所述手持***实时的姿态和空间位置进行传输。

在上述实施例的基础上，具体地，所述手持***至少包括红外感光传感器，中央处理模块和无线通信模块，其中：

所述红外感光传感器用于接收所述红外激光发射基站发出的红外激光的数据；

具体地，图3为本发明实施例提供的手持***的结构示意图，如图3所示，所述手持***的外壳上有多个圆孔，每个圆孔内安装有一个红外感光传感器，当所述的红外光敏传感器9接收到所述红外激光发射基站102的红外激光时，传感器会产生光脉冲信号，通过内置的ASIC芯片转换成为数字信号传输到手持***103中的中央计算处理模块。

在本发明实施例中，优选地，所述手持***的外壳上有28个圆孔，且每个圆孔内设置有一个红外感光传感器。

所述中央处理模块用于对所述红外感光传感器接收的数据进行实时解析，确定所述手持***实时的姿态和空间位置；

所述红外激光发射基站102上的频闪红外灯阵列先闪烁进行同步，然后基站中的一组电机开始旋转，当所述手持***103上的红外光敏传感器9被激活时，就会记录下从接收到频闪红外灯阵列信号到被电机上的红外激光光源激活之间的时间差，并将这些时间标记传递给所述计算单元中的FPGA。

所述计算单元中的FPGA将来自红外光敏传感器9的信号以及运动传感器IMU获取的时间标记传输到计算单元中的MCU上进行融合运算并得到设备的位置信息，再通过无线传输单元传输到无线数据接收器105上并转发给数据处理服务器101。

具体来说，所述的融合运算是指以所述计算单元中的FPGA所采集到的当前时刻被激活的红外光敏传感器9的时间标记数据为测量值，以这些传感器已知的相对空间布局和姿态为限定值，解出所述手持***103的空间位置和姿态，并通过无线通信芯片进行传输，所述无线数据接收器105接受到定位信息和按键状态后转发给所述数据处理服务器101。

在本发明实施例中，每一次红外激光的扫描周期中，都需要至少6个不共面所述红外光敏传感器9被激活以获得最佳的效果，只需4个不共面的红外光敏传感器9被激活即可解出所述手持***103的空间位置和姿态，但是由于所述手持***103的体积较小，其上布置的红外光敏传感器9有些距离间隔很近或者装配角度相近(即共面性较强)，所以布置了共28个红外光敏传感器9使得尽可能多的角度都能同时有6个以上的不共面红外光敏传感器9被激活，从而保证定位的精确度。

在本发明实施例中，为了进一步提高定位精度，在具体的解算算法中，由于所述红外光敏传感器9本身的面积大约2.5mm*2.5mm，即被激活的时间并非一个时间点，而是一个时间段，通过红外感光传感器的装配姿态来精确计算出其传感器中心点的空间位置。

所述无线通信模块用于将所述手持***解析处的实时的姿态和空间位置进行传输，发送到所述机械臂自动化控制子***的工控机。

本发明实施例提供的工业机器人示教***将红外激光扫描应用于机器人的示教***，操作简便，安装部署方便，对于操作人员的培训简单，同时相较传统的机器人示教器，减少了机器人路径规划繁琐的操作，大幅度缩减了时间成本。

可选地，所述手持***还包括一个可拆卸可替换式的锥形结构，根据不同的工作环境，通过替换不同的锥形结构改变所述手持***的尖端长度和形状。

在上述实施例的基础上，所述手持***还包括一个可拆卸的可替换式采样尖端11，位于所述手持***的前端，可以通过替换不同的锥形结构来改变手持***的尖端长度和形状，来达到适应不同的工作环境。

此外，所述手持***103上还包括USB接口1，用于给手持***进行USB充电和传输数据。

所述手持***103上的LED指示灯2用于指示手持***103的状态，包括连接状态，配对状态，电量/充电状态等。

本发明实施例提供的工业机器人示教***将红外激光扫描应用于机器人的示教***，操作简便，安装部署方便，对于操作人员的培训简单，同时相较传统的机器人示教器，减少了机器人路径规划繁琐的操作，大幅度缩减了时间成本。

可选地，所述手持***还包括四个按钮和一个扳机机构，其中，所述四个按钮分别是开关按钮、工作模式切换按钮、标定按钮和机器人启停切换按钮，所述扳机机构用于示教点的取点采样。

在上述实施例的基础上，所述手持***103上还包含四个按钮和一个扳机机构。所述扳机机构7用于示教点的取点采样。所述按钮包含一个开关按钮3，一个切换按钮4，一个坐标系标定按钮5，一个机器人启停切换按钮6。所述开关按钮3用于开启和关闭手持器，所述切换按钮4用于切换不同的工作模式。所述坐标系标定按钮5用于手动标定工业机器人机械臂的用户坐标系。所述机器人启停切换按钮6用于远程控制机器人启动和停止示教。

本发明实施例提供的工业机器人示教***将红外激光扫描应用于机器人的示教***，操作简便，安装部署方便，对于操作人员的培训简单，同时相较传统的机器人示教器，减少了机器人路径规划繁琐的操作，大幅度缩减了时间成本。

可选地，所述手持***还包括振动反馈模块，所述振动反馈模块用于当所述手持***的中央处理模块接收的数据不合理或者超过阈值时，启动所述振动反馈模块，振动电机启动，发出提醒信息。

在上述实施例的基础上，所述手持***103还包含一个振动反馈模块8，手持***103的中央处理模块可以接收来自数据处理服务器101的信号，当数据处理服务器认为该数据不合理或者超过可接受阀值范围时，则通知手持***103激活其振动反馈模块8，振动电机则会启动，给操作者发出提醒信息。

可选地，所述手持***的第一部分的外壳通过双料注塑成型，为红外不透光材料，第二部分外壳上上分布有圆孔，由红外透光材料注塑而成，且所述手持***圆孔内部各有一个红外感光传感器。

在上述实施例的基础上，所述手持***103通过双料注塑成型，为红外不透光材料，第二部分外壳上上分布有32个圆孔，由红外透光材料注塑而成，为手持***红外透明双层加塞结构2-10：即第一部分的外壳使用红外不透光材料，遮罩物即第二部分外壳使用红外透光材料，两种材料通过二次注塑成型，交界处为70度斜坡，使得红外感光传感器的感光区域最大化。

为了进一步提高定位精度，充分考虑了红外透光遮罩物对红外激光的折射问题，这个问题由于红外传感器相对与红外激光发射基站102的角度未知，很难通过算法进行校准，所以通过选用漫反射材料使得折射问题最大程度弱化，另外通过结构设计，尽可能地使所述红外光敏传感器9装配时贴近所述红外透光地遮罩物，进一步降低测量不精确导致的误差。

在发明本实施例中，为了进一步提高定位精度，对红外传感器的最终装配位置和角度做了校准，该校准通过软件实现，即以已知的传感器设计布局作为参考值，真实的传感器被激活时间和位置作为测量值，不断迭代修正，最终得到精确的传感器布局并储存下来，传感器的精确位置对于定位精度也是十分重要的，由软件模拟调整得出的传感器布局有精确的坐标，但人工装配后会导致误差的产生，由于误差的不确定性，每一个手持***103都会进行校准程序以保证实现最佳的精确度。

可选地，所述红外激光发射基站具体为两个高速旋转的电极带动红外激光光源旋转，均匀扫描被定位空间。

在本发明实施例中，具体地，所述红外激光发射基站102由两个高速旋转的电机带动红外激光光源旋转，匀速地扫过整个被定位空间，同时，所述红外激光发射基站102上还有一组频闪同步红外灯阵列，用于标记激光扫描开始的时间节点。

可选地，所述视觉定位规划子***还包括标定物104、无线数据接收器105和交换机106，其中：

所述标定物104用于将所述机器人的坐标系数据和所述手持***的坐标系进行统一；

所述无线数据接收器105与所述手持***进行匹配，用于接收所述手持***传回的是数据处理服务器的定位信息，同时接收所述数据处理服务器发送给所述手持***的操作指令，并将所述指令发送给所述手持***；

所述交换机106为局域网交换机，用于将所述数据处理服务器和所述机械臂控制子***中的工控机处于同一网段，互相通过TCP/IP协议交换网络数据包，达到通信的目的。

在上述实施例的基础上，所述视觉定位规划子***还包括标定物104、无线数据接收器105和交换机106，其中，

图4为本发明实施例提供的标定物的结构示意图，如图4所示，所述标定物104实质上是一个可定位物体，固定于一块以标准尺寸(300mm*400mm)高精度加工的标准尺寸定位钢板17，该标准尺寸定位钢板17上有4～6个定位圆孔18，分别代表机器人***用户坐标系的原点，x轴上的点和y轴上的点。所述红外激光定位***的坐标原点和坐标轴方向由红外激光发射基站确定，所述的坐标原点和坐标轴被称为***工具坐标系，该坐标系与工业机器人的工具坐标系并不统一，由于工业机器人的工具坐标系通常位于机器人基座的中心，所以需要一套统一的坐标系表达方式。所述标定物104的作用就是用于统一坐标系。

具体地，所述标定物104表面布置有32个标定物红外光敏传感器14、标定物红外透明双层加塞结构15，标定物USB数据接口12、标定物LED指示13，通过感应红外激光发射基站的红外激光实时解算自身的三维空间中的位置和姿态，以此推算出标定物104上定位圆孔18的空间坐标。

在本发明本实施例中，所述标定物104上的定位圆孔18其空间坐标向量：D＝D₀+ΔD·q₀，其中D₀为标定物体在激光室内定位***工具坐标系下输出的三维空间位置，ΔD为惯性坐标系下标定物104上可定位物体的坐标原点到定位圆孔18的空间三维向量，q₀为标定物104当前的姿态四元数。

所述标定物104上任意三个不共线的定位圆孔18可以确定一个三维坐标系，在本发明实施例中，优选地采用坐标系为左手坐标系，则确定两个轴后第三个轴可自动确定。

当该三维坐标系被确立后，需控制工业机械臂30移动到对应的三个定位圆孔得到并记录下机械臂在当前自身的工具坐标系下的空间坐标和姿态，计算出对应的坐标系转换参数，同样地，所述标定物104也应该通过计算得出自身激光坐标系到该用户坐标系的转换参数，以此使得机械臂与手持***的坐标***一。

通过下面的公式将所述手持***103在红外激光空间坐标系中的坐标转换到机器人用户坐标系下的坐标：

(x′,y′,z′,1)＝(x,y,z,1)·T(-x₀,-y₀,-z₀)·R

其中，x′,y′,z′为所述手持***103在机器人用户坐标系下的空间坐标，x,y,z为所述手持***103在红外激光空间坐标系中的空间坐标，T(-x₀,-y₀,-z₀)为红外激光空间坐标系原点到机器人用户坐标系原点的平移矩阵，R为利用单位坐标向量构造的坐标旋转矩阵：

其中，u′_x,u′_y,u′_z为机器人用户坐标系的单位向量。

通过下面的公式将所述手持***103在红外激光空间坐标系中的坐标转换到机器人用户坐标系下的姿态矩阵：

其中，为红外激光空间坐标系下手持***103的姿态矩阵，为机器人用户坐标系下手持***103的姿态矩阵，再通过该姿态矩阵进一步转换为四元数。

所述标定物104除了用于转换坐标系，实现机器人用户坐标系与红外激光定位***坐标系的统一之外，还有一个重要的作用是增加定位***的稳定性和可靠性。

由于红外激光扫描原理上的限制，使得定位***每次初始化时的绝对精度不高，会导致所述的初始化的操作包括但不限于重启红外激光发射基站102，手持***103亏电后重启，手持***103被遮蔽无法被定位等，即当***两次初始化后的初始红外激光空间坐标系有所不同，如果不引入另一个可定位物体，则会导致每次异常出现后精度下降的问题。

所述标定物104充当了这个锚定物，所述标定物104通过USB与数据处理服务器101进行通信和供电，并物理固定在标定钢板上，钢板被固定在整个***的操作箱体上方，当手持***103或者红外定位基站102发生异常重启后，由于标定物104的空间绝对位置不变，所以可以通过其位置来校准和标定变化了的红外激光坐标系，以此提高了整个定位***的稳定性和可靠性。

可选地，所述标定物包括一个仓体，用于放置固定Mn-Zn磁环，USB数据线环形缠绕在Mn-Zn磁环上形成一个扼流圈，有效地降低了中高频电磁信号的干扰。

在上述实施例的基础上，为了防止大功率工业机器人的驱动器或者电机产生电磁波对所述标定物104产生电磁干扰，具体地，所述标定物包括一个仓体，用于放置固定Mn-Zn磁环16，USB数据线环形缠绕在Mn-Zn磁环16上形成一个扼流圈，有效地降低了中高频电磁信号的干扰。

由于坐标系转换会引入不可避免的***误差，而且如果所述标定物104中的可定位物体和标准尺寸定位钢板17之间的装配产生误差，或者钢板表面加工误差导致定位圆孔18之间产生误差，则用户坐标系会产生偏移，这种偏移会随着与标定板之间的距离增加而不断累积。

在本发明实施例中，根据测算，如果加工以及装配导致了1mm的误差，则在整个可定位空间中则会导致解算出的空间位置产生6-8mm的误差，这是无法接受的，为了降低坐标系转换导致的误差，标定钢板采用精密加工，加工误差不高于0.02mm，同时装配部分利用结构设计限位或者加筋位等一系列手段使得误差同样控制在0.02mm左右，最后可定位物体进行精确的标定然后组装到一起，最后总体加工及组装误差达到0.1mm以下，整个可定位空间中由于坐标转换带来的误差可控制在1mm以下。

相较于人工牵引示教的方法来说，本发明提供的工业机器人的示教***中所述的视觉定位规划***应用范围更广，可以用于各种大功率的机器人，不仅局限于小型的桌面机器人。更为重要的是，这套***完全独立于其他的机器人控制部分但是又有很强的兼容性，可以为已经服役的机器人进行模块化的升级，降低人工成本。

图5为本发明实施例提供的工业机器人示教方法的流程示意图，如图5所示，所述方法包括：

S501、通过视觉定位规划子***中的手持***获取所述手持***的空间数据，其中，所述空间数据是所述手持***基于红外激光扫描定位获取的；

S502、通过视觉定位规划子***中的数据处理服务器根据预先规划好的路径对所述空间数据进行处理，得到满足所述预先规划好的路径要求的处理后的数据；

S503、将包含有所述处理后的数据及所述预先规划好的路径的示教指令发送给机械臂自动化控制子***，以使所述机械臂自动化控制子***根据所述指令控制工业机械臂进行示教。

基于上述提供的工业机器人的示教***，对工业机器人示教的方法如下；首先采用手持***按照预先规划好的路径来获取空间数据，然后，对空间数据进行处理，确定手持定位去的空间位置和姿态，在将包含所述空间位置和姿态的指令转发给机械臂自动化控制子***，以使所述机械臂自动化控制子***根据所述指令控制工业机器人进行示教。

在实际的操作过程中，用户可根据预设的将预先规划好的路径，使用手持***在空间内采集点处采集数据，并将采集的数据发送数据处理服务器，经过数据处理服务器的处理后，将处理后的数据发送到机械臂自动化控制子***的工控机，工控机接收所述视觉定位子***中的数据处理服务器发送的数据，并根据预先规划好的路径的指令控制所述机器人控制驱动器来驱动机器人再现示教的路径。

在具体的实施过程中，所述预先规划好的路径可以为多种路径，包含单点规划模式，直线规划模式，多段线规划模式和圆弧规划模式。

当机器人机械手臂示教的轨迹为简单直线且可以确认起始和终止点时，可用单点采样模式对起始和终止点分别进行采样记录，服务器将自动传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

当机器人机械手臂示教的轨迹为简单直线但需要多点作业时，可用直线模式对三维空间中的一条直线轨迹进行采样记录，服务器将自动拟合空间直线上各点的数据并传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

当机器人机械手臂示教的轨迹为圆弧时，可用圆弧采样模式对空间中的一条圆弧轨迹进行采样记录，服务器将自动拟合空间圆弧数据并自动传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

当机器人机械手臂示教的轨迹较为复杂并非单一的直线或者圆弧时，可用多段线采样模式对空间中的轨迹进行采样记录，服务器将所有轨迹上的空间位置及姿态记录并高速传输至机器人机械手臂控制终端对其进行示教路径规划。

本发明实施例提供的工业机器人示教方法将红外激光扫描应用于机器人的示教***，操作简便，安装部署方便，对于操作人员的培训简单，同时相较传统的机器人示教器，减少了机器人路径规划繁琐的操作，大幅度缩减了时间成本。

相较于人工牵引示教的方法来说，本发明实施例提供的工业机器人示教方法中所述的视觉定位规划***应用范围更广，可以用于各种大功率的机器人，不仅局限于小型的桌面机器人。更为重要的是，这套***完全独立于其他的机器人控制部分但是又有很强的兼容性，可以为已经服役的机器人进行模块化的升级，降低人工成本。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种工业机器人示教***，其特征在于，所述***包括：视觉定位规划子***、机械臂自动化控制子***和工业机械臂，其中：

所述视觉定位子***至少包括手持***、数据处理服务器和红外激光发射基站，其中，所述手持***用于采集空间数据，并将所述空间数据发送到所述数据处理服务器；所述数据处理服务器用于根据预先规划好的路径要求对所述手持***采集的空间数据进行处理，得到满足所述预先规划好的路径要求的处理后数据，并将包含有所述处理后数据及所述预先规划好的路径的示教指令发送给所述机械臂自动化控制子***；所述红外激光发射基站用于红外激光扫描定位；

所述机械臂自动化控制子***接收所述视觉定位规划子***发送的所述示教的指令，并根据所述指令控制所述工业机械臂进行示教。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述手持***至少包括红外感光传感器，中央处理模块和无线通信模块，其中：

所述红外感光传感器用于接收所述红外激光发射基站发出的红外激光的数据；

所述中央处理模块用于对所述红外感光传感器接收的数据进行实时解析，确定所述手持***实时的姿态和空间位置；

所述无线通信模块用于将所述手持***实时的姿态和空间位置进行传输。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述手持***还包括一个可拆卸可替换式的锥形结构，根据不同的工作环境，通过替换不同的锥形结构改变所述手持***的尖端长度和形状。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述手持***还包括四个按钮和一个扳机机构，其中，所述四个按钮分别是开关按钮、工作模式切换按钮、标定按钮和机器人启停切换按钮，所述扳机机构用于示教点的取点采样。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述手持***还包括振动反馈模块，所述振动反馈模块用于当所述手持***的中央处理模块接收的数据不合理或者超过阈值时，启动所述振动反馈模块，振动电机启动，发出提醒信息。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述手持***的第一部分的外壳通过双料注塑成型，为红外不透光材料，第二部分外壳上分布有圆孔，由红外透光材料注塑而成，且所述手持***圆孔内部各有一个红外光敏传感器。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述红外激光发射基站具体为两个高速旋转的电极带动红外激光光源旋转，均匀扫描被定位空间。

8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述视觉定位规划子***还包括标定物、无线数据接收器和交换机，其中：

所述标定物用于将所述机器人的坐标系数据和所述手持***的坐标系进行统一；

所述无线数据接收器与所述手持***进行匹配，用于接收所述手持***传回的是数据处理服务器的定位信息，同时接收所述数据处理服务器发送给所述手持***的操作指令，并将所述指令发送给所述手持***；

所述交换机为局域网交换机，用于将所述数据处理服务器和所述机械臂控制子***中的工控机处于同一网段，互相通过TCP/IP协议交换网络数据包，达到通信的目的。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述标定物包括一个仓体，用于放置固定Mn-Zn磁环，USB数据线环形缠绕在Mn-Zn磁环上形成一个扼流圈。

10.一种基于上述权利要求1-9任一项所述的***的工业机器人示教方法，其特征在于，所述方法包括：

通过视觉定位规划子***中的手持***获取所述手持***的空间数据，其中，所述空间数据是所述手持***基于红外激光扫描定位获取的；

通过视觉定位规划子***中的数据处理服务器根据预先规划好的路径对所述空间数据进行处理，得到满足所述预先规划好的路径要求的处理后的数据；

将包含有所述处理后的数据及所述示教指令发送给机械臂自动化控制子***，以使所述机械臂自动化控制子***根据所述指令控制工业机械臂进行示教。