專利名稱：一種光波發(fā)射器和一種機器人軌跡尋位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機器人應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光波發(fā)射器和一種機器人軌跡尋位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)機器人的應(yīng)用越來越廣泛，例如點焊、弧焊、噴涂、碼垛、物流、裝配、切割、材料加工、測量、測繪和逆向工程等工業(yè)操作中都可以利用機器人來完成相應(yīng)的操作。這需要預(yù)先做機器人尋位和編程的工作。目前在工業(yè)應(yīng)用中，機器人尋位和編程，普遍采用手持示教盤盤式示教器。如參見專利申請?zhí)枮?01010209872.0的專利文件中所公開的內(nèi)容。操作者通過示教器按鍵操縱完成空間作業(yè)軌跡點及其有關(guān)速度等信息的示教，然后用操作盤對機器人語言命令進行用戶工作程序的編輯，并存儲。再現(xiàn)時，機器人的計算機控制系統(tǒng)自動取出示教命令與位置數(shù)據(jù)，進行解讀、運算并做出判斷，將各種控制信號送到相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)或端口，使機器人忠實地再現(xiàn)示教動作。對于簡單的平面路徑，采用示教器試教和編程能有效降低操作人員的勞動強度，提高工作效率。但對于復(fù)雜的空間曲線、曲面，操作人員要用大量的時間和精力用示教器對機器人進行試教和動作編程，耗時較長，且無法完美的模擬實際空間曲線。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供的一種光波發(fā)射器和一種機器人軌跡尋位系統(tǒng)，本實用新型的方案針對復(fù)雜空間曲面能快速完成機器人軌跡的尋位。為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:本實用新型公開了一種光波發(fā)射器，該光波發(fā)射器應(yīng)用于機器人軌跡尋位系統(tǒng)中，該光波發(fā)射器包括:光波陣列模塊和探針，其中:光波陣列模塊的表面上有按預(yù)定分布排列的多個光源，所述多個光源的數(shù)量至少為三個，且其中至少有三個光源不在一條直線上；探針的一端與光波陣列模塊固定在一起?？蛇x地，所述光波發(fā)射器通過有線或無線方式與機器人軌跡尋位系統(tǒng)中的控制器通訊；所述光波發(fā)射器進一步包括:光源控制單元；該光源控制單元用于控制所述多個光源的開啟和關(guān)閉，并將所述多個光源的開啟關(guān)閉狀態(tài)實時通知給所述控制器；或者，光波發(fā)射器接收來自控制器的控制信號，根據(jù)該控制信號控制控制所述多個光源的開啟和關(guān)閉。本實用新型還公開了一種機器人軌跡尋位系統(tǒng)，該機器人軌跡尋位系統(tǒng)包括:空間三維光學(xué)傳感器、控制器和光波發(fā)射器；該光波發(fā)射器包括:光波陣列模塊和探針，其中，光波陣列模塊的表面上有按預(yù)定分布排列的多個光源，所述多個光源的數(shù)量至少為三個，且其中至少有三個光源不在一條直線上，至少有一個角度可以同時觀察到光波陣列模塊上的三個不在一條直線上的光源，探針的一端與光波陣列模塊固定在一起；光波發(fā)射器用于在設(shè)定時間段內(nèi)模擬機器人的運行軌跡，其中光波發(fā)射器的探針的末端的運動軌跡是模擬的機器人或者機器人所裝載工具的運行軌跡；空間三維光學(xué)傳感器用于捕獲光波發(fā)射器的光波陣列模塊上的多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制器；控制器根據(jù)空間三維光學(xué)傳感器發(fā)送的所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，獲得所述多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先保存的探針的末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，得到所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)；其中，所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)包括如下信息:位置信息、方向姿態(tài)信息和速度信息?？蛇x地，所述光波發(fā)射器通過有線或無線方式與控制器通訊；所述光波發(fā)射器還包括:光源控制單元；該光源控制單元用于控制所述多個光源的開啟和關(guān)閉，并將所述多個光源的開啟關(guān)閉狀態(tài)實時通知給所述控制器；或者，所述控制器包括一光源控制單元，光波發(fā)射器中的多個光源接收來自控制器中的光源控制單元的控制信號，多個光源在該控制信號的控制下開啟和關(guān)閉。由上述可見，本實用新型這種，光波發(fā)射器在設(shè)定時間段內(nèi)模擬機器人的運行軌跡，其末端的運動軌跡是模擬的機器人或者機器人所裝載工具的運行軌跡，空間三維光學(xué)傳感器捕獲光波發(fā)射器的光波陣列模塊上的多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，控制器根據(jù)該三維視頻數(shù)據(jù)，獲得多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先保存的探針的末端與多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，得到探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，其中，所探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)包括位置信息、方向姿態(tài)信息和速度信息的技術(shù)方案，針對復(fù)雜空間曲面能快速完成機器人軌跡的尋位，有效的提高了效率，能將原先不能手工示教編程實現(xiàn)的軌跡轉(zhuǎn)化為機器人可執(zhí)行程序。

圖1是本實用新型實施例一中的機器人軌跡尋位系統(tǒng)的組成示意圖；圖2是本實用新型實施例一中的光波發(fā)射器120的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型實施例一中的探針校準的操作示意圖；圖4是本實用新型實施例一中的探針校準的原理示意圖；圖5是本實用新型實施例二中的機器人軌跡尋位系統(tǒng)的組成示意圖；圖6是本實用新型實施例中的一種機器人軌跡尋位方法的流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。圖1是本實用新型實施例一中的機器人軌跡尋位系統(tǒng)的組成示意圖。如圖1所示，該機器人軌跡尋位系統(tǒng)包括:空間三維光學(xué)傳感器110、控制器130和光波發(fā)射器120。圖2是本實用新型實施例一中的光波發(fā)射器120的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，光波發(fā)射器120包括:光波陣列模塊1201、探針1202和手柄1203。其中，光波陣列模塊1201的表面上有按預(yù)定分布排列的多個光源，在圖2中一個圓點表不一個光源,其中，實心的圓點是光波陣列模塊1201在圖1中的可視表面上的光源，空心圓點是圖1中不可視表面上的光源。在本實用新型的實施例一中，可采用發(fā)光LED作為光源。在本實用新型的實施例中，光波陣列模塊1201的表面上排布多個光源，多個光源的數(shù)量至少為三個，且其中至少有三個光源不在一條直線上，且至少有一個角度可以同時觀察到光波陣列模塊1201上的三個不在一條直線上的光源，這樣這些光源能確定光波發(fā)射器在空間中的位置和姿態(tài)，并可進一步確認光波發(fā)射器探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，包括如下信息:位置信息、方向姿態(tài)信息和速度信息。在圖2中，光波陣列模塊1201為一個長方體，但在本實用新型的其他實施例中，光波陣列模塊的形狀不限于長方體，可以是圓柱體、正方體、不規(guī)則的六面體、錐形體等等。只要保證至少有一個角度可以同時觀察到光波陣列模塊的三個不在一條直線上的光源即可。在實際應(yīng)用時，可考慮實際應(yīng)用的便利性，采用合適的形狀。在本實用新型的一個實施例中可以要求:光波陣列模塊為六面體，在其至少三個面上設(shè)置光源，且一個面上至少有三個發(fā)光LED，且不能在一條直線上。工作時控制各LED依次發(fā)光(即tl時刻LEDl發(fā)光，t2時刻LED2發(fā)光，tn時刻LEDn發(fā)光)，并保證空間三維光學(xué)傳感器在某一段特定時間段內(nèi)至少能捕捉到三個光波發(fā)射點，以準確判斷光波發(fā)射器的姿態(tài)(orientation)。探針1202的一端與光波陣列模塊1201固定在一起。探針的形狀也不限于圖2所示的形狀，可以是較長的、甚至有些彎曲的圓錐體，或帶針頭的圓柱體。但探針1202應(yīng)為剛性體，在使用過程中，與光波陣列模塊1201上的多個光源無相對位移。手柄的形狀也不限于圖2所示的形狀，只要適于手持即可。在本實用新型的實施例一中，光波發(fā)射器120還包括光源控制單元，在圖2中沒有示意出，可以設(shè)置在光波陣列模塊1201的內(nèi)部，光波發(fā)射器通過有線或無線方式與控制器130通訊。光源控制單元用于控制多個光源的開啟和關(guān)閉，如果光源控制單元安裝在光波發(fā)射器1201內(nèi)，則光源控制單元會將每個LED的工作狀態(tài)以有線或無線方式傳輸給控制器130。在本實用新型的另一個實施例中，光源控制單元也可設(shè)置在控制器130的內(nèi)部，光源控制單元直接通過連接線與光波發(fā)射陣列上的LED光源連接，這種情況下光波發(fā)射器上的多個光源直接接收來自控制器中的光源控制單元的控制信號，根據(jù)該控制信號開啟和關(guān)閉。這樣，控制器130就可以知道任意時刻的光波發(fā)射器120上的每個LED燈工作的狀態(tài)，然后再結(jié)合空間三維光學(xué)傳感器110實時傳輸過來的三維視頻數(shù)據(jù)，可以獲知三維視頻數(shù)據(jù)中的LED燈具體是哪個LED燈。光波發(fā)射器120上還可以有一些控制按鈕，發(fā)送一些預(yù)先定義好的控制信號，如開始焊接、停止焊接等等。空間三維光學(xué)傳感器是能夠捕獲三位視頻數(shù)據(jù)的立體視頻攝像機，在本實用新型的實施例一中，空間三維光學(xué)傳感器110由高性能光學(xué)傳感器{Y1，Y2，Y3}和光濾鏡組成。光濾鏡與發(fā)光LED匹配，以降低周邊光源干擾。其中，LED發(fā)光頻率和光濾鏡投射頻率應(yīng)根據(jù)實際工作環(huán)境選擇，舉例:在白天無熱光源干擾情況下，可選擇紅外LED和紅外光濾鏡，降低可見光對系統(tǒng)的影響，提高精度。[0038]控制器130通過高清晰多媒體接口線連接空間三維光學(xué)傳感器110，并通過有線端口或無線方式(如藍牙)連接光波發(fā)射器120。利用圖1所示的系統(tǒng)進行機器人軌跡尋位的過程包括如下步驟:1.光波發(fā)射器120的探針校準:得到探針1202的末端與光波陣列模塊1201上的多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)。(方式一)在本實用新型的一個實施例中，可以根據(jù)已知的探針1202的三維模型數(shù)據(jù)和光波陣列模塊1201的三維模型數(shù)據(jù)，以及探針1202和光波陣列模塊1201的連接位置關(guān)系，計算出探針1202的末端與光波陣列模塊1201上的多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，并保存到控制器130中以供使用。(方式二)但在本實用新型的實施例一中，控制器根據(jù)空間三維光學(xué)傳感器捕獲的光波發(fā)射器在其探針末端固定不動的條件下旋轉(zhuǎn)的三維視頻數(shù)據(jù)，計算得到探針末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，并保存。具體參見圖3和圖4。圖3是本實用新型實施例一中的探針校準的操作示意圖。圖4是本實用新型實施例一中的探針校準的原理示意圖。參見圖3，在校準時，光波發(fā)射器的探針的末端(尖端)，這里稱為TIP，抵住任意剛性面上的某一點B，然后光波發(fā)射器繞此點轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中TIP在剛性面上的B點上不能移動。此時空間三維傳感器可捕捉到光波發(fā)射器上的任意發(fā)光LED在空間中的運動軌跡。參見圖4，以光波發(fā)射器上的任一發(fā)光LED為例，實線為此LED在光波發(fā)射器旋轉(zhuǎn)過程的運動軌跡，此運動軌跡上的任意一點距離點B的距離不變。以此運動軌跡上的點A、A’和A”為例，其各自與點B的距離相等，即R=R’ =R”?？梢?，無論光波發(fā)射器如何轉(zhuǎn)動，LED與TIP的距離R為固定值，即:任意LED總是在以TIP為球心的球面上移動。因此，可以計算出TIP距離每個LED的距離R (球面半徑)，進而可推導(dǎo)出TIP在光波發(fā)射器上的位置。在實際應(yīng)用中可以根據(jù)需求，用上面的校準更換為不同類型的探針，無需探針三維模型，而且由于探針位置可以計算出來，因此該探針可以探入到一般空間三維傳感器看不到的工件內(nèi)部去。2.光波發(fā)射器在設(shè)定時間段內(nèi)模擬機器人運行軌跡，其中光波發(fā)射器的探針的末端的運動軌跡是模擬的機器人或機器人所載工具的運行軌跡?？臻g三維光學(xué)傳感器捕獲光波發(fā)射器的光波陣列模塊上的多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制器；本步驟中，可手持光波發(fā)射器用其探針末端模擬的機器人運行軌跡。探針可以探入到空間三維傳感器看不到的工件內(nèi)部去，只要空間三維傳感器可捕獲到光波發(fā)射器上的LED即可。3.控制器根據(jù)空間三維光學(xué)傳感器發(fā)送的所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，獲得所述多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先保存的探針的末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，得到所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)；其中，所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)包括如下信息:位置信息、方向姿態(tài)信息和速度信
肩、O本步驟中，控制器根據(jù)空間三維光學(xué)傳感器發(fā)送的所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)有的處理算法，獲得光波發(fā)射器上的多個LED光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)。由于探針末端TIP與各LED燈的相對位置是不變的，因此可以根據(jù)探針的末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，從多個LED光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，計算出探針末端TIP在所述設(shè)定時間內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)。這里由于光波發(fā)射器上的多個LED燈至少能確定一個空間平面，進而確定光波發(fā)射器的姿態(tài)，因此通過換算得出的探針末端TIP的空間運動軌跡數(shù)據(jù)中會包含探針運動過程中的姿態(tài)信息。到此，可以輕松方便的獲得模擬機器人運動軌跡的探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，且可以模擬任意復(fù)雜的空間曲面上的軌跡。圖5是本實用新型實施例二中的機器人軌跡尋位系統(tǒng)的組成示意圖。如圖5所示，本實用新型實施例二中的機器人軌跡尋位系統(tǒng)包括:空間三維光學(xué)傳感器510、光波發(fā)射器520、控制器530和自動編程設(shè)備540。其中，空間三維光學(xué)傳感器510、光波發(fā)射器520和控制器530與本實用新型實施例一圖1中的對應(yīng)的空間三維光學(xué)傳感器110、光波發(fā)射器120和控制器130的功能結(jié)構(gòu)一致。且在本實用新型的實施例二中的控制器530將所獲得的探針末端TIP的空間運動軌跡數(shù)據(jù)發(fā)送給自動編程設(shè)備540。自動編程設(shè)備540從控制器530接收探針末端TIP的運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)探針末端TIP的運動軌跡數(shù)據(jù)、機器人的三維數(shù)據(jù)、工件的三維數(shù)據(jù)、工具的三維數(shù)據(jù)、機器人坐標系、工件坐標系和工具坐標，生成機器人軌跡運動程序。其中，“工件”為機器人的操作對象，“工具”為機器人對工件進行相應(yīng)操作所裝載并使用的工具。在本實用新型的一個實施例中，自動編程設(shè)備540可以是一臺計算機，通過安裝在該計算機上的機器人仿真軟件來完成自動編程。圖5所示的系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)在任意復(fù)雜空間曲面上的機器人軌跡的尋位，并且實現(xiàn)機器人軌跡運動程序的自動編程。下面給出本實用新型實施例中的機器人軌跡尋位和編程的一個具體過程，包括如下步驟:( I)光波發(fā)射器的探針校準。這里可以采用的前述的(方式一)，也可以采用(方式二)。(2)建立機器人模型，設(shè)置機器人參數(shù)，如各軸限制范圍、臂長等。根據(jù)不同型號的機器人，本步驟中設(shè)置的參數(shù)也會有所不同(3)將機器人n個軸(較先進的工業(yè)機器人為6個軸)的三維模型導(dǎo)入到機器人仿真軟件中，以機器人的三維數(shù)據(jù)為依據(jù)建立機器人坐標系{R}。(4)設(shè)置機器人仿真軟件工具(即機器人最后一個軸法蘭上裝載的工具，例如:焊槍)坐標的位置和方向:將工具三維模型導(dǎo)入到仿真軟件中，并將實際機器人的工具坐標位置和方向保存到機器人仿真軟件中，建立工具坐標系IT} ({T}為以工具末端為原點、隨工具移動的坐標系)。(5)在機器人仿真軟件中導(dǎo)入工件(即機器人要操作、加工的對象，例如:準備焊接的鋼板)的三維模型，在空間三維光學(xué)傳感器接收范圍內(nèi)，用光波發(fā)射陣列上的探針選取實際工件上任意3點(不能在一直線上)，分別定義為原點、X方向、Y方向(垂直于XY面的為Z方向)，通過光學(xué)傳感器{Yl，Y2, Y3}接收到光波發(fā)射器上的多個LED的數(shù)據(jù)分別得Uo {Xn, Ym}，Ux {Xn, Ym}，Uy {Xn, Ym}，從而建立工件坐標系{U} ( {U}是相對于工件，或地面，不移動的坐標系)。(6)由于仿真軟件中的三維模型數(shù)據(jù)均來自機器人、工具、工件的真實數(shù)據(jù)，機器人坐標系{R}、工具坐標系{T}、工件坐標系{U}均為從實際位置獲取的數(shù)據(jù)，因此在仿真軟件中的機器人、工具、工件同現(xiàn)實中的機器人、工具、工件建立了一一對應(yīng)的關(guān)系。將工件的三維模型移動到與實際相符的位置的具體方法為:在空間三維光學(xué)傳感器接收范圍內(nèi)，用光波發(fā)射器上的探針末端(TIP)選取實際工件(或工作臺)上任意3點PU P2、P3 (不能在一直線上)，然后與仿真軟件三維模型中的Pr、P2’、P3’建立——對應(yīng)的坐標(coordinates)關(guān)系，仿真軟件會自動將工件的三維模型移動到正確位置。例如:在工件坐標系{U}中，工件上三點的實際測量位置為Pl {XI，Yl, Z1}、P2 {X2, Y2,12]、P3 {X3, Y3, Z3}，仿真軟件中工件三維模型上三點原來在{U}中的位置為 Pl {xr ,Yr ,Zr }、P2{X2’，Y2’，Z2’ }、P3{X3’，Y3’，Z3’ }，仿真軟件會移動工件的三維模型，直至三點的坐標到達Pl {XI，Yl, Z1}、P2 {X2, Y2,12]、P3 {X3, Y3, Z3}。這樣工件的三維模型在仿真軟件中的位置，就與實際中一致了。將機器人坐標系{R}工件坐標系{U}對應(yīng)起來的具體方法為:選取實際工件上任意3點P1、P2、P3 (不能在一直線上)，然后通過機器人示較器控制機器人，使機器人的工具末端分別觸碰PU P2、P3三點，記錄下機器人在這三個位置6個軸的參數(shù)，輸入到仿真軟件中。由于在仿真軟件中P1、P2、P3三點的位置是已知的，仿真軟件可根據(jù)機器人的參數(shù)推導(dǎo)出機器人的位置，進而將機器人坐標系{R}工件坐標系{U}對應(yīng)起來。當{R}和{U}對應(yīng)起來后，在工件坐標系{U}中任意一點A，都可以在{R}中找到相應(yīng)的點A’。舉例:在實際應(yīng)用中，空間三維光學(xué)傳感器捕捉到光波發(fā)射器的TIP在{U}中A點，則仿真軟件會將此信息轉(zhuǎn)換為{R}中相應(yīng)的點A’，這樣機器人就知道應(yīng)該往哪個位置移動了。機器人坐標系{R}與工具坐標系{T}的對應(yīng):將機器人的6個軸的參數(shù)輸入仿真軟件，再將工具的三維模型輸入仿真軟件。仿真軟件會自動將{R}與IT}對應(yīng)起來。仿真軟件將兩個坐標對應(yīng)起來的過程中，需要做坐標系之間的轉(zhuǎn)化。坐標系的轉(zhuǎn)換時本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的現(xiàn)有技術(shù)，這里不再復(fù)述。(7)記錄運行軌跡:手持光波發(fā)射器(末端帶工具)模擬機器人運行軌跡，空間三維光學(xué)傳感器捕獲并跟蹤光波發(fā)射器上的LED的軌跡視頻發(fā)送給控制器，控制器根據(jù)所接收的視頻數(shù)據(jù)解析出各LED的運動軌跡，并根據(jù)步驟(I)中得到探針相對與各LED的位置數(shù)據(jù){P}和各LED的運動軌跡數(shù)據(jù)，得到探針末端TIP的運動軌跡數(shù)據(jù){TIP}，該{TIP}數(shù)據(jù)包括探針末端的位置、方向和移動速度，也即是實際機器人工具要移動的位置、方向和速度數(shù)據(jù)。控制器將運動軌跡數(shù)據(jù){TIP}輸出到自動編程設(shè)備中的機器人仿真軟件中。(8)軌跡模擬:在保存好軌跡點數(shù)據(jù){TIP}后，在機器人仿真軟件中由軌跡點數(shù)據(jù){TIP}、機器人、工件的三維數(shù)據(jù),根據(jù)collision detection算法,檢測{TIP}軌跡是否會與機器人、工件發(fā)生碰撞，并檢測運行軌跡是否滿足需求。如果檢測到會產(chǎn)生碰撞或不滿足需求，則需要重復(fù)步驟(7)，重新記錄運行軌跡，并再次進行碰撞檢測，直到獲得符合要求的{TIP}。(9)程序優(yōu)化、生成:在模擬機器人軌跡無誤后，機器人仿真軟件會根據(jù)機器人軌跡點通過filtering算法生成機器人運動軌跡程序，并對相鄰兩個軌跡點之間的逼近方式、速度進行優(yōu)化，此過程無需使用傳統(tǒng)的示教盤進行軌跡編程。(10)路徑導(dǎo)出:將生成的程序通過USB或網(wǎng)絡(luò)直接傳送到機器人控制柜中，最終機器人執(zhí)行程序?？梢?，本實用新型的技術(shù)方案在應(yīng)用時，通過將機器人工具坐標位置(或三維模型)和工件三維模型輸入到機器人仿真軟件中，將機器人工具實際位置和工件實際位置與機器人仿真軟件中測量單元和工件模型位置建立一一對應(yīng)關(guān)系。用集成測量工具或軌跡臨摹工具的光波發(fā)射器，模擬機器人工具的走位，由空間三維光學(xué)傳感器追蹤光波發(fā)射器上的光波發(fā)射陣列，記錄下光波發(fā)射陣列的空間位置，并推算出光波發(fā)射器尖端位置(即TIP位置)，保存到機器人仿真軟件中。操作人員根據(jù)控制器記錄下的光波發(fā)射器TIP的移動位置、方向、速度，利用機器人仿真軟件模擬機器人運動的軌跡(機器人工具位置沿光波發(fā)射器TIP的移動位置、方向、速度進行運動)，優(yōu)化機器人運動路徑，自動生成機器人軌跡運動程序，操作人員只需將該程序?qū)氲綑C器人控制系統(tǒng)中，即完成機器人的示教和編程過程。此方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，機器人空間三維軌跡尋位、自動編程系統(tǒng)能應(yīng)用于任意品牌、型號的機器人系統(tǒng)，降低編程人員的勞動強度，大幅提高工作效率，并將許多原先不可能實現(xiàn)編程的軌跡，快速的導(dǎo)出為機器人可執(zhí)行程序。圖6是本實用新型實施例中的一種機器人軌跡尋位方法的流程圖。如圖6所示，該方法包括:步驟601，利用光波發(fā)射器在設(shè)定時間段內(nèi)模擬機器人的運行軌跡；其中，所述光波發(fā)射器包括光波陣列模塊和探針，光波陣列模塊的表面上有按預(yù)定分布排列的多個光源，所述多個光源的數(shù)量至少為三個，且不能都排布在一條直線上，即至少有三個光源不在一條直線上，且至少有一個角度可以同時觀察到光波陣列模塊的三個不在一條直線上的光源。探針的一端與光波陣列模塊固定在一起，光波發(fā)射器的探針的末端的運動軌跡是模擬的機器人或機器人所載工具的運行軌跡；步驟602，利用空間三維光學(xué)傳感器捕獲光波發(fā)射器的光波陣列模塊上的多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)；步驟603，根據(jù)所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，獲得所述多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先保存的探針的末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，得到所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)；其中，所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)包括如下信息:位置信息、方向姿態(tài)信息和速度信息。在圖6所示的方法中，所述預(yù)先保存的探針的末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)通過如下方式獲得:根據(jù)空間三維光學(xué)傳感器捕獲的光波發(fā)射器在其探針末端固定不動的條件下旋轉(zhuǎn)的三維視頻數(shù)據(jù)，計算得到探針末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，并保存。在圖6所示的方法中，所述光波發(fā)射器通過有線或無線方式與所述控制器通訊；在所述光波發(fā)射器中設(shè)置一光源控制單元；該光源控制單元控制所述多個光源的開啟和關(guān)閉，并將所述多個光源的開啟關(guān)閉狀態(tài)實時通知給所述控制器；或者，在圖6所示的方法中，在控制器中設(shè)置一光源控制單元。光波發(fā)射器中的多個光源接收來自控制器中的光源控制單元的控制信號，多個光源在該控制信號的控制下開啟和關(guān)閉。圖6所示的方法還可以進一步包括:根據(jù)探針末端的運動軌跡數(shù)據(jù)、機器人的三維數(shù)據(jù)、工件的三維數(shù)據(jù)、工具的三維數(shù)據(jù)、機器人坐標系、工件坐標系和工具坐標，生成機器人軌跡運動程序；其中，所述工件為機器人的操作對象，所述工具為機器人對工件進行相應(yīng)操作所使用的工具。這樣在完成機器人軌跡尋位之后，還進一步完成機器人軌跡運動程序的自動編程。在本實用新型的實施例中，在生成機器人軌跡運動程序之前，上述方法進一步包括:根據(jù)探針末端的運動軌跡數(shù)據(jù)、機器人的三維數(shù)據(jù)和工件的三維數(shù)據(jù)，進行碰撞檢測，如果檢測到會產(chǎn)生碰撞，則發(fā)出報警提示。這樣可以得到符合實際需求的軌跡以及可行的軌跡運動程序。綜上所述，本實用新型這種光波發(fā)射器在設(shè)定時間段內(nèi)模擬機器人的運行軌跡，其末端的運動軌跡是模擬機器人或機器人所載工具的運行軌跡，空間三維光學(xué)傳感器捕獲光波發(fā)射器的光波陣列模塊上的多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，控制器根據(jù)該三維視頻數(shù)據(jù)，獲得多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先保存的探針的末端與多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，得到探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，其中，所探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)包括位置信息、方向姿態(tài)信息和速度信息的技術(shù)方案，針對復(fù)雜空間曲面能快速完成機器人軌跡的尋位，有效的提高了效率，能將原先不能手工示教編程實現(xiàn)的軌跡轉(zhuǎn)化為機器人可執(zhí)行程序。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光波發(fā)射器，其特征在于，該光波發(fā)射器應(yīng)用于機器人軌跡尋位系統(tǒng)中，該光波發(fā)射器包括:光波陣列模塊和探針，其中: 光波陣列模塊的表面上有按預(yù)定分布排列的多個光源，所述多個光源的數(shù)量至少為三個，且其中至少有三個光源不在一條直線上； 探針的一端與光波陣列模塊固定在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的光波發(fā)射器，其特征在于，所述光波發(fā)射器通過有線或無線方式與機器人軌跡尋位系統(tǒng)中的控制器通訊； 該光波發(fā)射器進一步包括:光源控制單元；該光源控制單元用于控制所述多個光源的開啟和關(guān)閉，并將所述多個光源的開啟關(guān)閉狀態(tài)實時通知給所述控制器； 或者， 光波發(fā)射器接收來自控制器的控制信號，根據(jù)該控制信號控制所述多個光源的開啟和關(guān)閉。
3.一種機器人軌跡尋位系統(tǒng)，其特征在于，該機器人軌跡尋位系統(tǒng)包括:空間三維光學(xué)傳感器、控制器和光波發(fā)射器；該光波發(fā)射器包括:光波陣列模塊和探針，其中，光波陣列模塊的表面上有按預(yù)定分布排列的多個光源，所述多個光源的數(shù)量至少為三個，且其中至少有三個光源不在一條直線上，探針的一端與光波陣列模塊固定在一起； 光波發(fā)射器用于在設(shè)定時間段內(nèi)模擬機器人的運行軌跡，其中光波發(fā)射器的探針的末端的運動軌跡是模擬機器人或機器人所裝載工具的運行軌跡； 空間三維光學(xué)傳感器用于捕獲光波發(fā)射器的光波陣列模塊上的多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制器； 控制器根據(jù)空間三維光學(xué)傳感器發(fā)送的所述設(shè)定時間段內(nèi)的三維視頻數(shù)據(jù)，獲得所述多個光源在所述設(shè)定時間段內(nèi)的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先保存的探針的末端與所述多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，得到所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)； 其中，所述探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)包括如下信息:位置信息、方向姿態(tài)信息和速度f目息。
4.如權(quán)利要求3所述的機器人軌跡尋位系統(tǒng)，其特征在于，所述光波發(fā)射器通過有線或無線方式與控制器通訊； 所述光波發(fā)射器進一步包括:光源控制單元；該光源控制單元用于控制所述多個光源的開啟和關(guān)閉，并將所述多個光源的開啟關(guān)閉狀態(tài)實時通知給所述控制器； 或者， 所述控制器包括一光源控制單元，光波發(fā)射器中的多個光源接收來自控制器中的光源控制單元的控制信號，多個光源在該控制信號的控制下開啟和關(guān)閉。
專利摘要本實用新型公開了一種光波發(fā)射器和一種機器人軌跡尋位系統(tǒng)。該光波發(fā)射器包括光波陣列模塊和探針；光波陣列模塊的表面上有按預(yù)定分布排列的多個光源，該多個光源的數(shù)量至少為三個，且其中至少有三個光源不在一條直線上；探針的一端與光波陣列模塊固定在一起。該光波發(fā)射器模擬機器人的運行軌跡，空間三維光學(xué)傳感器捕獲光波發(fā)射器的光波陣列模塊上的多個光源的三維視頻數(shù)據(jù)，控制器根據(jù)該三維視頻數(shù)據(jù)，獲得多個光源的空間運動軌跡數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先保存的探針的末端與多個光源之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)，得到探針末端的空間運動軌跡數(shù)據(jù)。本實用新型的技術(shù)方案，針對復(fù)雜空間曲面能快速完成機器人軌跡的尋位，有效的提高了效率。
文檔編號B25J9/16GK202943639SQ20122057879
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者肖林, 肖寧, 孫國棟, 馬明, 田振濤 申請人:肖林, 肖寧, 孫國棟, 馬明, 田振濤