[发明专利]一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法

说明书

本发明属于工业自动化设备技术领域，具体涉及一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法，本发明的方法包括：TCP标定；手眼标定；计算最佳拍照距离；求误差补偿关系；第一次目标拍照定位；移动3D相机到最佳拍照距离；识别图像中工件的位姿；利用误差补偿关系以及3D相机移动的距离对工件的标定点的位姿进行补偿；计算精度(T'_Q2‑T'_Q)是否在设定的精度阈值内。本发明在机器人自身精度和相机精度受限的情况下，通过误差补偿大大提高了工业机器人的工作精度；通过3D相机采集工件图像，并根据误差补偿关系直接计算出需要抓取工件位置的坐标，通过将坐标输入机器人的操作程序中即可实现机器人末端运动到相应的位置，不需要人工示教，大大节省了时间。

技术领域

本发明属于工业自动化识别技术领域，具体涉及一种基于3D相机的工业机器人示教系统及方法。

背景技术

传统的机器人示教采用手动操作的方法，逐步调整TCP到相应示教点的位置，再进行记录。这种方法需要大量人工操作，机械臂随时移动，容易发生碰撞，且示教耗时长。

传统的工业机器人通过人工示教后，对工件进行抓取、加工等，一旦工作环境或者目标对象发生变化，机器人无法及时适应变化，需要人工重新示教，很大程度上限制了工业机器人的灵活性和工作效率。

另一方面收到工业机器人自身精度和相机精度的影响，导致工业机器人的工作精度不高，想要提高精度则必须采用更高精度的工业机器人和相机精度，大大增加了使用成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的人工示教需要人工操作、耗时长、工业机器人工作精度不高的缺陷，提供一种工作精度高、不需要人工示教的基于3D相机的工业机器人示教系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于3D相机的工业机器人示教系统，其特征在于：包括工业机器人、固定安装在所述工业机器人机械臂末端的标定针、安装在所述机器人机械臂上的3D相机、手眼标定平台以及工件；

所述手眼标定平台上设置四个带有尖端的纸片，通过标定针触碰所述纸片的尖端进行手眼标定；

所述工件上具有标定点。

进一步地，所述标定针固定在一圆盘的下方，所述工业机器人的机械臂上安装有夹爪，通过所述夹爪抓住圆盘进行标定。

进一步地，四个所述纸片的尖端位于X向200mm、Y向200mm和Z向100mm构成的立体空间内。

更进一步地，所述工件上的标定点为在工件外表面上的中心位置。

本发明还公开了一种基于3D相机的工业机器人示教方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、TCP标定，得到工具坐标系(^TP)；

S2、手眼标定，根据3D相机的最佳拍照焦距，找到标定拍照的最佳位置，记录3D相机标定拍照点在基坐标系下位姿(T_C0),3D相机拍摄手眼标定平台区域的图片，在手眼标定软件里获取四个纸片的尖端在相机坐标系(^CP)下的坐标(T_A1),然后移动工业机器人的机械臂使标定针分别接触四个纸片的尖端点，获得位于四个尖端点时标定针在基坐标系(^BP)下的坐标(T_A2)；求解两组坐标(T_A1，T_A2)的转换矩阵关系得到手眼标定矩阵^BT_C；