CN107610579A - 基于vr系统控制的工业机器人示教系统及其示教方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于VR系统控制的工业机器人示教系统及其示教方法，包括：视觉系统、VR系统、机器人系统。视觉系统，用于采集工业机器人整体结构和分析处理并将其图像信息参数化,并采用TCP/IP方式通过以太网传递给VR系统，VR系统，将视觉系统获取的图像信息在虚拟场景近似构建实际机器人的结构模型并能实现模拟运动，并以数据形式通过EtherCAT、Modbus通讯方式传递给机器人系统，机器人系统，根据VR系统传递的变化位置信息控制机器人产生运动。本发明首先将VR技术与工业机器人技术进行结合，控制机器人完成示教任务，能够提高机器人示教精度，减缓操作者的劳动强度，提高操作者的工作积极性。

Description

基于VR系统控制的工业机器人示教系统及其示教方法

技术领域

本发明涉及机器人示教技术领域，具体的说是基于VR系统控制的工业机器人示教系统及其示教方法。

背景技术

虚拟现实，有时也称为灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。1995年，一种基于SGI公司Open Iventor文件格式的VRML语言退出，不仅实现了三维几何建模与物理建模，而且支持用户与场景的交互和超级链接，与此同时还加快了三维图形在网络上的传输速度。

随着科学技术的发展，工业机器人作为机器人领域的一大分支，开始越来越多出现在工厂的生产线上，比如机器人喷漆，机器人码垛，机器人焊接等。在机器人完成规定动作前，工人们需要对机器人的运动轨迹进行编程规划，现有的规划方法主要分为离线编程示教和在线示教。前者主要指建立精确的机器人模型，采用一定的坐标算法将机器人末端位置精确的转换到机器人基准坐标系，然后根据工件的CAD模型规划处机器人末端工具的连续运动轨迹。该方法可以对机器人运动进行精确的规划，但是由于实际工作环境的复杂性，会对机器人的运动产生一定干扰。在线示教指的是工人操作机器人的示教器将安装在机器人末端的吸盘、焊枪等工具运动到其工作部位，并记录下此时末端位置的坐标，根据机器人需要完成的多个位置坐标规划出最佳的运动轨迹，完成特定的操作任务。该方法可以只考虑机器人实际坐标位置，适用于对机器的人精度要求不高的工作。但是，该方法主要依靠操作者的经验，操作者目测决定机器人的运动位置，精度较低不适用于焊接等要求较高的任务。除此之外，该方法对操作人员的体力消耗比较大容易产生疲劳感，且在机器人工作的危险环境下会对操作者的人身安全造成影响。

发明内容

为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了基于VR系统控制的工业机器人示教系统及其示教方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

基于VR系统控制的工业机器人示教系统，包括：视觉系统、VR系统、机器人系统。

所述视觉系统，用于采集工业机器人整体结构和分析处理并将其图像信息参数化,并采用TCP/IP方式通过以太网传递给VR系统。

所述VR系统，将视觉系统获取的图像信息在虚拟场景近似构建实际机器人的结构模型并能实现模拟运动，并以数据形式通过EtherCAT、Modbus通讯方式传递给机器人系统。

所述机器人系统，根据VR系统传递的变化位置信息控制机器人产生运动。

所述机器人系统包括根据VR系统传递的信息转化为运动指令的工控机、获得运动指令并产生运动信号的电机控制系统、工业机器人、采集运动信息并对比从而快速调节运动的传感器单元。

作为本发明的进一步改进，所述工业机器人为六自由度的工业并联机器人。

作为本发明的进一步改进，所述机器人系统具有修正功能，将实际位置信息与从VR系统获得位置信息进行对比修正实现运动位置的精确性。

基于VR系统控制的工业机器人示教系统的示教方法，该示教方法包括以下步骤：

1)视觉系统进行图像采集、分析和处理。

2)VR系统虚拟模型建立。

3)人工拖动虚拟模型运动。

4)机器人执行运动。

5)机器人位置信息反馈修正。

本发明的有益效果是：

1.本发明首先将VR技术与工业机器人技术进行结合，将虚拟的机器人运动信息作为实际的机器人运动控制信号，控制机器人完成示教任务，能够提高机器人示教精度，减缓操作者的劳动强度，提高操作者的工作积极性。

2.本发明融入了视觉系统建模技术，视觉系统通过采集当前机器人的实际位置建立机器人虚拟的基坐标系统模型，将理论建模与实际建模进行结合，提高了建模的精度。

3.该工业机器人示教系统采用一些传感器技术，实时客观的反馈机器人的运动信息，提高机器人完成工作任务的精确度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1所示，基于VR系统控制的工业机器人示教系统，包括：视觉系统、VR系统、机器人系统。

所述视觉系统，用于采集工业机器人整体结构和分析处理并将其图像信息参数化,并采用TCP/IP方式通过以太网传递给VR系统。

所述VR系统，将视觉系统获取的图像信息在虚拟场景近似构建实际机器人的结构模型并能实现模拟运动，并以数据形式通过EtherCAT、Modbus通讯方式传递给机器人系统。

所述机器人系统，根据VR系统传递的变化位置信息控制机器人产生运动。

所述机器人系统包括根据VR系统传递的信息转化为运动指令的工控机、获得运动指令并产生运动信号的电机控制系统、采集运动信息并对比从而快速调节运动的传感器单元。

其中，所述工控机主要根据VR系统传递过来的虚拟坐标系信息，将其转化为机器人的运动指令，所述电机控制系统获得该运动指令产生运动信号控制工业机器人运动，所述工业机器人可以实现延XYZ轴的平移运动和绕XYZ轴的旋转运动,所述传感器单元主要安装在机器人末端并用来采集机器人实际的运动信息，并将其传递给工控机与之前VR系统传递过来的位置信息进行对比，将机器人坐标反馈传递至工控机，再次快速调节控制机器人运动。

所述工业机器人为六自由度的工业并联机器人。

所述机器人系统具有修正功能，将实际位置信息与从VR系统获得位置信息进行对比修正实现运动位置的精确性。

基于VR系统控制的工业机器人示教系统的示教方法，该示教方法包括以下步骤：

1)视觉系统进行图像采集、分析和处理；采集工业机器人整体结构和分析处理并将其图像信息参数化，视觉系统360°采集当前工业机器人的模型信息，将虚拟机器人图像信息采用TCP/IP方式通过以太网传递到VR系统中。

2)VR系统虚拟模型建立；将视觉系统中获得机器人的图像信息在虚拟场景近似构建实际机器人的结构模型并进行模拟运动。

3)人工拖动虚拟模型运动；操作者通过操作拖动虚拟模型中的机器人进行运动到达某一点位置，产生运动信息至VR系统中，VR系统可以精确显示出来工业机器人末端的位置和坐标，同时，VR系统将这些位置和坐标形成虚拟坐标信心并以数据形式通过EtherCAT、Modbus通讯方式打包发给机器人系统。

4)机器人执行运动；根据VR系统传递的变化位置信息控制工业机器人产生运动，将接收到的VR系统中虚拟坐标信心转换为机器人运动控制指令，并输入给电机的控制信号，控制工业机器人执行运动。

5)机器人位置信息反馈修正；工业机器人系统中的传感器单元将机器人的实际运动信息进行机器人坐标反馈，对机器人位置进行快速修正，再次快速控制机器人进行运动，保证位置的精确性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于VR系统控制的工业机器人示教系统，包括：视觉系统、VR系统、机器人系统，其特征在于：

所述视觉系统，用于采集工业机器人整体结构和分析处理并将其图像信息参数化,并采用TCP/IP方式通过以太网传递给VR系统；

所述VR系统，将视觉系统获取的图像信息在虚拟场景近似构建实际机器人的结构模型并能实现模拟运动，并以数据形式通过EtherCAT、Modbus通讯方式传递给机器人系统；

所述机器人系统，根据VR系统传递的变化位置信息控制机器人产生运动。

2.根据权利要求1所述的基于VR系统控制的工业机器人示教系统，其特征在于：所述机器人系统包括根据VR系统传递的信息转化为运动指令的工控机、获得运动指令并产生运动信号的电机控制系统、工业机器人、采集运动信息并对比从而快速调节运动的传感器单元。

3.根据权利要求2所述的基于VR系统控制的工业机器人示教系统，其特征在于：所述工业机器人为六自由度的工业并联机器人。

4.根据权利要求1或2所述的基于VR系统控制的工业机器人示教系统，其特征在于：所述机器人系统具有修正功能，将实际位置信息与从VR系统获得位置信息进行对比修正实现运动位置的精确性。

5.根据权利要求1所述的基于VR系统控制的工业机器人示教系统的示教方法，其特征在于：该示教方法包括以下步骤：

1)视觉系统进行图像采集、分析和处理；

2)VR系统虚拟模型建立；

3)人工拖动虚拟模型运动；

4)机器人执行运动；

5)机器人位置信息反馈修正。