一種基于體感技術(shù)的機(jī)器人離線示教編程系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人離線示教編程領(lǐng)域，具體涉及一種基于體感技術(shù)的機(jī)器人離線示教編程系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以現(xiàn)有的人與機(jī)器人間的交互方式，為使機(jī)器人按照人的意圖進(jìn)行工作，必須預(yù)先向機(jī)器人發(fā)出指令來規(guī)定機(jī)器人所要完成的動(dòng)作以及任務(wù)的具體內(nèi)容，這一過程稱為機(jī)器人示教或?qū)C(jī)器人進(jìn)行編程。
[0003]機(jī)器人示教主要包括在線示教和離線編程。在線示教指通常所說的手把手示教，由人直接扳動(dòng)機(jī)器人的手臂對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，如示教盒和示教和操作桿示教。在這種示教中，為了示教方便以及獲取信息的快捷而準(zhǔn)確，操作者可以選擇在不同的坐標(biāo)系下示教，例如，可以選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，直角坐標(biāo)系以及工具坐標(biāo)系或用戶坐標(biāo)系下進(jìn)行示教。在線示教具有示教過程簡(jiǎn)單，不需要環(huán)境模型;對(duì)實(shí)際的機(jī)器人進(jìn)行示教時(shí)，可以修正機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來的誤差等優(yōu)越性，但也存在一定的技術(shù)問題。如機(jī)器人的在線示教編程過程繁瑣、效率低;示教的精度完全靠示教者的經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)決定，對(duì)于復(fù)雜路徑難以取得令人滿意的示教果；對(duì)于一些需要根據(jù)外部信息進(jìn)行實(shí)時(shí)決策的應(yīng)用無能為力。
[0004]離線編程可以克服在線示教的局限性。離線編程又稱離線示教，離線示教與在線示教不同，操作者不對(duì)實(shí)際作業(yè)的機(jī)器人直接進(jìn)行示教，而是脫離實(shí)際作業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)，間接地對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教。在離線編程中，通過使用計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的機(jī)器人模型(CAD模型)，不要求機(jī)器人實(shí)際產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，便能在示教結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，從而確定示教內(nèi)容是否恰當(dāng)及機(jī)器人是否按照示教者期望的方式運(yùn)動(dòng)。
[0005]機(jī)器人離線示教通過機(jī)器人離線編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，離線編程不僅要在計(jì)算機(jī)上建立起機(jī)器人系統(tǒng)的物理模型，而且要對(duì)其進(jìn)行編程和動(dòng)畫仿真，以及對(duì)編程結(jié)果后置處理。一般說來。機(jī)器人離線編程系統(tǒng)包括以下一些主要模塊:傳感器、機(jī)器人系統(tǒng)CAD建模、離線編程、圖形仿真、人機(jī)界面以及后置處理等。其中編程模塊一般包括機(jī)器人及設(shè)備的作業(yè)任務(wù)描述(包括路徑點(diǎn)的設(shè)定)、建立變換方程、求解未知矩陣及編制任務(wù)程序等。在進(jìn)行圖形仿真以后，根據(jù)動(dòng)態(tài)仿真的結(jié)果，對(duì)程序做適當(dāng)?shù)男拚?，以達(dá)到滿意效果，最后在線控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以完成作業(yè)。傳感器模塊的主要作用為減少仿真模型與實(shí)際模型之間的誤差，增加系統(tǒng)操作和程序的可靠性，提高編程效率。后置處理的主要任務(wù)是把離線編程的源程序編譯為機(jī)器人控制系統(tǒng)能夠識(shí)別的目標(biāo)程序。即當(dāng)作業(yè)程序的仿真結(jié)果完全達(dá)到作業(yè)的要求后，將該作業(yè)程序轉(zhuǎn)換成目標(biāo)機(jī)器人的控制程序和數(shù)據(jù)，并通過通信接口下裝到目標(biāo)機(jī)器人控制柜，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人去完成指定的任務(wù)。
[0006]目前獲取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的傳統(tǒng)方式一般為在線示教或者離線編程，過程極為繁瑣，而且其示教或編程方式較為復(fù)雜，示教或編程識(shí)別精度和范圍有限，示教效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于體感技術(shù)的機(jī)器人離線示教系統(tǒng)及方法，其通過優(yōu)化的采集識(shí)別處理和模塊搭建，從而能夠大幅提高識(shí)別范圍和識(shí)別精度，提高示教效率和效果。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于體感技術(shù)的機(jī)器人離線示教系統(tǒng)，其包括空間點(diǎn)位采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和離線編程模塊，其中，
[0009]上述空間點(diǎn)位采集模塊用于完成機(jī)器人的示教過程，其通過體感設(shè)備識(shí)別和捕捉人體肢體動(dòng)作，獲得肢體運(yùn)動(dòng)軌跡中的空間點(diǎn)位，以提供給數(shù)據(jù)處理模塊；
[0010]上述數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)所述空間點(diǎn)位進(jìn)行濾波和光順處理，從而獲得適合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并將處理后的空間點(diǎn)位坐標(biāo)提供給離線編程模塊；
[0011]所述離線編程模塊用于對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡中的空間點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換和后置處理，從而生成機(jī)器人可以執(zhí)行的代碼，以用于輸出至機(jī)器人實(shí)現(xiàn)示教。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述空間點(diǎn)位采集模塊通過骨骼點(diǎn)識(shí)別方式進(jìn)行特征點(diǎn)位的采集。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述通過骨骼點(diǎn)識(shí)別方式進(jìn)行特征點(diǎn)位的采集包括:獲取人體左手手部的三個(gè)骨骼的空間點(diǎn)位坐標(biāo)與體感設(shè)備視野內(nèi)RGB彩色圖像，以獲取到的RGB圖像為背景，在RGB圖像上畫出骨骼點(diǎn)以及骨骼點(diǎn)間的連線，以用于實(shí)時(shí)生成可視化圖像。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述空間點(diǎn)位采集模塊通過圖像識(shí)別的方式進(jìn)行特征點(diǎn)位的采集。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述通過圖像識(shí)別的方式進(jìn)行特征點(diǎn)位的采集包括:
[0016]以球體作為手持外設(shè)裝置識(shí)別對(duì)象，使得各個(gè)球心處的位置作為特征點(diǎn)的位置；
[0017]通過體感設(shè)備獲取得到RGB彩色圖像及其深度圖像；
[0018]將得到的RGB圖像轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制灰度圖像，識(shí)別灰度圖像中的所有圓形輪廓，并獲得每個(gè)輪廓的圓心在RGB圖像中的位置；
[0019]在二進(jìn)制灰度圖像中識(shí)別輪廓并獲得各個(gè)球心坐標(biāo)的位置，然后轉(zhuǎn)換到在RGB圖像中某一像素的位置，通過判斷RGB圖像中該像素的RGB數(shù)值即各球的顏色便可辨別出各個(gè)特征點(diǎn)。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述識(shí)別灰度圖像中的所有圓形輪廓過程中，先獲取圓心在RGB彩色圖像中的RGB數(shù)值，通過篩選RGB數(shù)值，來對(duì)得到的所有輪廓進(jìn)行篩選并分辨出不同顏色彩球球心的空間點(diǎn)位坐標(biāo)。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理的過程包括:
[0022]對(duì)采集到的空間點(diǎn)位進(jìn)行坐標(biāo)，將分離后的x，y，z坐標(biāo)進(jìn)行曲線擬合；
[0023]將擬合后的曲線離散為同等數(shù)量的坐標(biāo)點(diǎn)；
[0024]將離散后的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)結(jié)合，得到數(shù)據(jù)處理后的空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理的過程包括:
[0026]對(duì)采集到的空間點(diǎn)位進(jìn)行坐標(biāo)，將分離后的x，y，z坐標(biāo)分別進(jìn)行中值濾波；
[0027]將濾波后的坐標(biāo)進(jìn)行曲線擬合；
[0028]將擬合后的曲線離散為同等數(shù)量的坐標(biāo)點(diǎn)；
[0029]將離散后的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)結(jié)合，得到數(shù)據(jù)處理后的空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0030]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述離線編程模塊中坐標(biāo)轉(zhuǎn)包括:
[0031](I)首先將Kinect坐標(biāo)系中的三組坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為用戶坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；
[0032](2)將工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，求得各點(diǎn)的歐拉角。
[0033]按照本發(fā)明的另一方面，提供一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行離線示教的方法。
[0034]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0035](I)本發(fā)明的機(jī)器人離線示教編程方法，利用體感技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的示教盒和操作桿，結(jié)合了在線示教與離線編程的優(yōu)越性，極大的提高示教效率，同時(shí)示教過程在離線條件下完成，減少因示教過程對(duì)機(jī)器人工作時(shí)間的占用，降低示教成本。
[0036](2)本發(fā)明的示教方法采用體感技術(shù)，極大地提高示教效率和示教的便捷性，示教過程中只用通過體感設(shè)備識(shí)別人體肢體的運(yùn)動(dòng)便可快速的得到軌跡中的點(diǎn)位。
【附圖說明】
[0037]圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)中體感設(shè)備空間點(diǎn)位采集示意圖；
[0038]圖2是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)中采集左手手部骨骼點(diǎn)的示意圖；
[0039]圖3是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)中的空間點(diǎn)位采集模塊邏輯架構(gòu)示意圖；