机器人离线示教编程方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术涉及机器人编程，尤其涉及一种机器人离线示教编程方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、目前，工业机器人的主流编程方式仍为传统示教编程，即由操作人员手持示教器，通过逐点示教的方式控制机器人沿所需轨迹运动，同时记录运动轨迹并生成控制程序。该方式下，操作人员需手动引导机器人依次经过各路径点，对于复杂曲面轨迹，往往需要示教数百甚至上千个点，不仅耗时极长，而且轨迹的平滑度和精度高度依赖于操作人员的熟练程度和经验判断。为应对产品换型需求，现场需反复进行示教、调试、修改的迭代过程，导致设备停机时间长，生产线柔性化改造进展缓慢。

2、为提升编程效率，离线编程技术应运而生。现有离线编程方法通常基于工件cad数模，在计算机环境中规划机器人路径后生成控制程序。然而，在实际应用中，大量现场设备（如老旧产线、外购工件）缺乏可用的cad数模，而重新建模需要专业的三维设计能力和充足的原始图纸资料，一般工艺人员难以完成。即便具备cad数模，由于cad数模与现场实际环境（如工件装夹偏差、设备位置偏移等）存在差异，离线生成的轨迹在部署前仍需耗费大量时间进行现场校正和反复调试，编程效率难以有效提升。

3、因此，如何在不依赖cad数模和编程专家的前提下，实现高效准确的机器人离线示教编程，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供了一种机器人离线示教编程方法、装置、设备及存储介质，旨在解决如何在不依赖cad数模和编程专家的前提下，实现高效准确的机器人离线示教编程的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提供了一种机器人离线示教编程方法，所述方法包括以下步骤：

3、获取机器人在作业现场环境中对应的三维点云数据，并根据所述三维点云数据构建三维模型；

4、响应于操作人员对所述三维模型输入的交互指令，根据所述交互指令生成所述机器人的作业路径；

5、根据所述作业路径和所述三维模型对所述机器人进行碰撞检测，并在碰撞检测通过后将所述作业路径叠加显示于所述作业现场环境中，得到待验证环境；

6、若接收到所述操作人员针对所述待验证环境的确认指令，则将所述交互指令转换为所述机器人可执行的离线示教程序。

7、在一实施例中，所述获取机器人在作业现场环境中对应的三维点云数据，并根据所述三维点云数据构建三维模型的步骤，包括：

8、对机器人的作业现场环境进行多站位扫描，得到对应的三维点云数据；

9、对所述三维点云数据进行多测站拼接、噪声滤除和冗余点精简，得到预处理后的三维点云数据；

10、根据所述预处理后的三维点云数据生成三维点云模型，并对所述三维点云模型进行逆向建模，生成包括所述机器人、所述机器人的工件以及所述机器人的周边设备在内的三维模型。

11、在一实施例中，所述根据所述交互指令生成所述机器人的作业路径的步骤，包括：

12、根据所述交互指令确定获取所述操作人员输入的作业轨迹和作业姿态；

13、根据所述三维模型的工件表面曲率信息对所述作业姿态进行法向调整，得到所述机器人的末端执行器的目标作业姿态；

14、对所述作业轨迹中的路径拐点进行平滑过渡处理，并根据所述目标作业姿态和平滑过渡处理后的所述作业轨迹生成所述机器人的作业路径。

15、在一实施例中，所述根据所述作业路径和所述三维模型对所述机器人进行碰撞检测的步骤，包括：

16、获取所述机器人的运动学模型，并根据所述作业路径和所述运动学模型对所述机器人进行可达性分析，得到所述机器人的可达空间；

17、根据所述可达空间和所述三维模型对所述机器人进行自碰撞检测和环境碰撞检测。

18、在一实施例中，所述在碰撞检测通过后将所述作业路径叠加显示于所述作业现场环境中，得到待验证环境的步骤，包括：

19、在碰撞检测通过后，通过增强现实显示设备获取所述作业现场环境的实时图像；

20、根据所述三维模型和所述作业路径生成虚拟叠加图像，并将所述虚拟叠加图像叠加显示于所述实时图像中，得到待验证环境。

21、在一实施例中，所述将所述交互指令转换为所述机器人可执行的离线示教程序的步骤，包括：

22、根据所述机器人的设备类型确定对应的后置处理器；

23、通过所述后置处理器将所述交互指令转换为所述设备类型对应的控制代码格式，得到所述机器人可执行的离线示教程序。

24、在一实施例中，所述将所述交互指令转换为所述机器人可执行的离线示教程序的步骤之后，还包括：

25、根据所述离线示教程序在虚拟环境中对所述机器人进行作业仿真，得到作业仿真结果，所述作业仿真结果包括轨迹可达性验证结果、关节运动范围验证结果和节拍时间验证结果；

26、若所述作业仿真结果满足预设作业条件，则通过通信接口将所述离线示教程序下发至所述机器人中执行。

27、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种机器人离线示教编程装置，所述机器人离线示教编程装置包括：

28、模型构建模块，用于获取机器人在作业现场环境中对应的三维点云数据，并根据所述三维点云数据构建三维模型；

29、路径生成模块，用于响应于操作人员对所述三维模型输入的交互指令，根据所述交互指令生成所述机器人的作业路径；

30、碰撞检测模块，用于根据所述作业路径和所述三维模型对所述机器人进行碰撞检测，并在碰撞检测通过后将所述作业路径叠加显示于所述作业现场环境中，得到待验证环境；

31、指令转换模块，用于若接收到所述操作人员针对所述待验证环境的确认指令，则将所述交互指令转换为所述机器人可执行的离线示教程序。

32、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种机器人离线示教编程设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的机器人离线示教编程程序，所述机器人离线示教编程程序配置为实现如上文所述的机器人离线示教编程方法的步骤。

33、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有机器人离线示教编程程序，所述机器人离线示教编程程序被处理器执行时实现如上文所述的机器人离线示教编程方法的步骤。

34、此外，为实现上述目的，本技术还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括机器人离线示教编程程序，所述机器人离线示教编程程序被处理器执行时实现如上文所述的机器人离线示教编程方法的步骤。

35、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：本技术的机器人离线示教编程方法，所述方法包括：获取机器人在作业现场环境中对应的三维点云数据，并根据所述三维点云数据构建三维模型；响应于操作人员对所述三维模型输入的交互指令，根据所述交互指令生成所述机器人的作业路径；根据所述作业路径和所述三维模型对所述机器人进行碰撞检测，并在碰撞检测通过后将所述作业路径叠加显示于所述作业现场环境中，得到待验证环境；若接收到所述操作人员针对所述待验证环境的确认指令，则将所述交互指令转换为所述机器人可执行的离线示教程序。

36、本技术获取作业现场环境的三维点云数据并构建三维模型，使得即使在没有工件cad数模的情况下，也能够基于实际扫描数据生成用于离线编程的数字化模型。响应于操作人员对三维模型输入的交互指令生成机器人的作业路径，然后将作业路径叠加显示于作业现场环境中，在ar验证之前引入基于作业路径和三维模型的碰撞检测，能够在虚拟环境中预先筛除存在碰撞风险的路径，减少后续现场验证阶段的安全隐患和反复调试次数。通过ar验证与碰撞检测的先后配合，能够有效缩小离线规划路径与现场实际工况之间的差异，使得验证通过后的离线示教程序更加贴近现场执行条件，从而避免在程序部署后仍需耗费大量时间进行现场校正和反复调试，最终实现不依赖cad数模和编程专家即可完成高效准确的机器人离线示教编程。