确定用于加工工件的点的方法和设备

技术领域

本公开的示例性实施例通常涉及工业机器人领域，且更特别地涉及一种确定用于由工业机器人加工工件的点的方法和设备。

背景技术

可以在各种领域中使用机器人。例如，可以控制机器人来辅助工件的焊接或涂胶。对于一些产品来说，加工精度的要求变得越来越重要，诸如电子装置的自动化生产中。

在高精度加工的常规解决方案中，工件装载和夹持与工件机加工的未对齐将引起加工路径的偏移。相应地带来了质量问题。提出了一些方法，但它们并不令人满意。因此，需要借助于机器人来改进对工件的加工精度。

发明内容

本公开的示例性实施例提出了一种用以至少解决现有技术中的问题和/或潜在问题的解决方案。

在第一方面，本公开的示例性实施例涉及一种确定用于加工工件的点的方法。该方法包括：获取表示与工件相关联的模型的轮廓的多个模型轮廓点以及表示用于加工该模型的位置的模型点；获取表示工件的轮廓的多个工件轮廓点；以及基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点，来确定对应于模型点的用于加工工件的工件点。

根据本公开的示例性实施例，可以改进加工路径的精度。

在一些示例性实施例中，确定工件点包括：基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点将工件对齐到模型；以及基于对应于模型点的点来识别工件点，该模型点映射到经对齐的工件的轮廓。以这种方式，可消除由工件定位不当引起的误差，从而改进加工精度。

在一些示例性实施例中，将工件对齐到模型包括：基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点来确定工件矩阵，该工件矩阵用于将所述多个模型轮廓点变换为所述多个工件轮廓点；并且识别工件点包括：基于工件矩阵和模型点来确定工件点。以这种方式，可消除由工件制造偏差引起的误差，从而进一步改进加工精度。

在一些示例性实施例中，确定工件点包括：基于模型点来确定模型的模型凹槽的模型剖面，该模型凹槽适于加工模型；基于所述多个工件轮廓点来确定工件的工件凹槽的工件剖面，该工件凹槽适于加工工件；以及基于工件剖面中的点的偏移量来确定工件点，该偏移量是基于模型剖面与工件剖面之间的位置关系。利用这些示例性实施例，借助于模型和工件的剖面，可以补偿凹槽的每个剖面中的误差以确保加工的精度。

在一些示例性实施例中，确定模型剖面包括：基于模型点和紧邻该模型点的两个模型点来确定中心点，该模型点和这两个模型点到中心点的距离相等；基于中心点以及该模型点和这两个模型点来确定圆，该圆的中心是中心点；确定该模型点相对于圆的切线；以及基于切线来确定该模型点处的模型剖面。以这种方式，可以以可靠且直接的方式获得模型剖面。

在一些示例性实施例中，工件是表示基于模型的理想工件的样本工件；并且该方法还包括：获取表示将要加工的目标工件的轮廓的多个目标工件轮廓点；以及基于所述多个模型轮廓点和所述多个目标工件轮廓点来确定对应于模型点的用于加工工件的目标工件点。以这种方式，可以将用于加工样本工件的点调整到合理的位置。

在一些示例性实施例中，该方法还包括：接收表示用于调整工件点的偏移量的输入；以及基于该输入来调整目标工件点。利用这些示例性实施例，用户无需专业知识就可以直接调整用于加工的点。

在一些示例性实施例中，该方法还包括：基于目标工件点来加工目标工件。以这种方式，可以准确的方式进行对目标工件的加工。

在一些示例性实施例中，获取所述多个工件轮廓点包括：从3D相机获取所述多个工件轮廓点；并且加工工件包括基于以下各者中的任一者来加工工件：涂胶操作、钻孔操作、机加工操作、焊接操作。以这种方式，可以在各种场景中应用根据本公开的示例性实施例。

在第二方面，本公开的示例性实施例涉及一种用于确定用于加工工件的点的设备。该设备包括：模型获取模块，其被配置成获取表示与工件相关联的模型的轮廓的多个模型轮廓点以及表示用于加工该模型的位置的模型点；工件获取模块，其被配置成获取表示工件的轮廓的多个工件轮廓点；以及工件确定模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点来确定对应于模型点的用于加工工件的工件点。

在一些示例性实施例中，工件确定模块包括：工件对齐模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点将工件对齐到模型；以及工件识别模块，其被配置成基于对应于模型点的点来识别工件点，该模型点映射到经对齐的工件的轮廓。

在一些示例性实施例中，工件对齐模块还包括：矩阵确定模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点来确定工件矩阵，该工件矩阵用于将所述多个模型轮廓点变换为所述多个工件轮廓点；并且工件识别模块还被配置成基于工件矩阵和模型点来确定工件点。

在一些示例性实施例中，工件确定模块包括：模型剖面模块，其被配置成基于模型点来确定模型的模型凹槽的模型剖面，该模型凹槽适于加工模型；以及工件剖面模块，其被配置成基于所述多个工件轮廓点来确定工件的工件凹槽的工件剖面，该工件凹槽适于加工工件；并且工件确定模块还被配置成基于工件剖面中的点的偏移量来确定工件点，该偏移量是基于模型剖面与工件剖面之间的位置关系。

在一些示例性实施例中，模型剖面模块包括：点确定模块，其被配置成基于模型点和紧邻该模型点的两个模型点来确定中心点，该模型点和这两个模型点到中心点的距离相等；圆确定模块，其被配置成基于中心点以及该模型点和这两个模型点来确定圆，该圆的中心是中心点；切线确定模块，其被配置成确定该模型点相对于圆的切线；并且其中模型剖面模块被配置成基于切线来确定该模型点处的模型剖面。

在一些示例性实施例中，工件是表示基于模型的理想工件的样本工件；并且该设备还包括：目标工件获取模块，其被配置成获取表示将要加工的目标工件的轮廓的多个目标工件轮廓点；以及目标工件确定模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个目标工件轮廓点来确定对应于模型点的用于加工工件的目标工件点。

在一些示例性实施例中，该设备还包括：输入接收模块，其被配置成接收表示用于调整工件点的偏移量的输入；以及调整模块，其被配置成基于该输入来调整目标工件点。

在一些示例性实施例中，该设备还包括：加工模块，其被配置成基于目标工件点来加工目标工件。

在一些示例性实施例中，获取所述多个工件轮廓点包括：从3D相机获取所述多个工件轮廓点；并且加工工件包括基于以下各者中的任一者来加工工件：涂胶操作、钻孔操作、机加工操作和焊接操作。

附图说明

通过以下参考附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的以上和其他目标、特征和优点将变得更加明显。在附图中，通过示例以非限制性的方式解释了本公开的多个实施例，其中：

图1图示了其中可实施本公开的示例性实施例的示例性系统；以及

图2图示了根据本公开的示例性实施例的方法的流程图；

图3图示了根据本公开的示例性实施例的工件的示例性凹槽和相关剖面；

图4图示了根据本公开的示例性实施例的确定工件的剖面的示例性方式；

图5图示了根据本公开的示例性实施例的供用户调整用于加工的点的示例性显示内容；以及

图6图示了根据本公开的另一个示例性实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图中所图示的各种示例性实施例来描述本公开的原理。应了解的是，对那些实施例的描述仅仅是为了允许本领域技术人员更好地理解和进一步实施本文中所公开的示例性实施例，而并非旨在以任何方式限制本文中所公开的范围。应注意，当可行时，附图中可以使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域技术人员可以容易地认识到，在不脱离本文中所描述的本公开的原理的情况下，可以从以下描述中采用本文中所描述的结构和方法的替代性实施例。

如本文中所使用的，术语“包括(comprises)”及其变体将解读为意指“包括但不限于”的开放术语。术语“基于”将被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“实施例”将被解读为“至少一个实施例”。术语“进一步的实施例”将被解读为“至少进一步的实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代相同或不同的对象。以下文本还可以包括其他显式和隐式定义。除非上下文另有指示，否则这些术语的定义贯穿描述是一致的。

如上文所提到的，在加工工件的实际情况下，实际工件与理想工件之间可能存在未对齐的情况。例如，在一个方面，由机器人抓握的工件可被移动到某个位置，而该位置不正好是期望的位置。在其他情况下，即使工件可能位于期望位置中，考虑到制造误差，工件的实际尺寸也可能与所设计的尺寸不同。总之，工件与模型之间的未对齐在工业机器人领域中是常见的，并且可能引起工件加工不当，尤其是在需要高加工精度的领域中。

本文中将通常在涂胶工件的背景下描述该实施例。将理解的是，这仅仅是图示性的，而不是限制性的。技术人员将设想，本文中所描述的实施例还可以在其他情况下使用，例如工件的焊接操作、机加工操作、工件的钻孔操作等。将理解的是，本文中所描述的实施例还可以在已经已知的或将来要开发的、文本中未列出的其他情况下使用。

下文中将根据图1-6来更详细地描述示例性实施例。

图1图示了其中可实施本公开的示例性实施例的示例性系统100。如所图示的系统100通常包括人机界面102、图像捕获装置104、机器人106和要加工的工件108。人机界面102可包括被配置成控制系统100的操作的控制器。

在一些示例性实施例中，如所图示的人机界面102可以是台式机。将理解的是，这仅仅是示例，而并不暗示关于本公开的范围的任何限制。例如，在其他实施例中，人机界面102可以是可由用户握持的教学示教器或平板电脑。

在一些示例性实施例中，图像捕获装置104可以是3D相机，其被配置成捕获工件108的点，包括从工件108反射的一组深度信息。如所图示的机器人106可以是多轴机器人，其包括被致动以根据来自人机界面102的指令来执行特定动作的一个或多个臂。例如，可控制机器人106的臂以对传送带上的工件108进行涂胶操作。

图2图示了根据本公开的示例性实施例的方法200的流程图。方法200可由人机界面102的控制器实施。

在块202处，获取多个点。所述多个点可包括表示与工件108相关联的模型的轮廓的多个模型轮廓点。所述多个点可还包括表示用于加工该模型的位置的模型点。在一些示例性实施例中，所述多个点可还包括表示用于加工该模型的若干个位置的一组模型点。在一些示例性实施例中，所述多个点可通过可商用的软件(诸如，CAD、CATIA、ProE等)导出。在其他示例性实施例中，所述多个点可以是位于样本工件上的点，其可以由图像捕获装置104(诸如，3D相机)获得。本公开的范围在这方面不受限制。

在块204处，获取表示工件108的轮廓的多个工件轮廓点。在一些示例性实施例中，所述多个工件轮廓点可借助于图像捕获装置104来获得。将理解的是，工件轮廓点的数量可根据图像采集装置104的性能而变化，只要那些点可反映工件108的外部轮廓即可。本公开的范围在这方面不受限制。

在块206处，基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点，可确定对应于模型点的用于加工工件的工件点。在一些示例性实施例中，可将所述多个模型轮廓点和该模型点映射到工件108上，以便获取多个映射的模型轮廓点和映射的模型点。之后，基于所述多个映射的模型轮廓点与工件108的所述多个工件轮廓点之间的关系，可以调整该映射的模型点以确定对应于模型点的用于加工工件的工件点。

根据本公开的示例性实施例，如果工件与模型之间存在偏差，则可以将工件点调整到恰当的位置以进行加工。

在一些示例性实施例中，在块206处，确定工件点可包括：基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点将工件对齐到模型；以及基于对应于模型点的点来识别工件点，该模型点映射到经对齐的工件的轮廓。在这些示例性实施例中，如果工件108的轮廓与模型几乎相同但工件108没有位于期望位置中(例如，由于工作台的倾斜所致，工件108可从期望位置偏移)，则通过基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点将工件对齐到模型，可有效地消除此类误差。换言之，可避免由工件108定位不当引起的加工不精确。

在一些示例性实施例中，将工件对齐到模型可还包括：基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点来确定工件矩阵，该工件矩阵用于将所述多个模型轮廓点变换为所述多个工件轮廓点；并且识别工件点包括：基于工件矩阵和模型点来确定工件点。将了解，可使用多种方法来确定用于变换的矩阵，并且可根据不同的使用场景来选择矩阵的具体形式。本公开的范围在这方面不受限制。

在一些情况下，工件108的定位是相对准确的，但工件108的制造并不是精确的。下文中将参考图3来描述旨在消除此类误差的一些示例性实施例，该图图示了根据本公开的示例性实施例的工件108的示例性凹槽302和相关剖面304。

在所图示的实施例中，确定工件点可包括：基于所述多个工件轮廓点来确定工件108的工件凹槽302的工件剖面304。在一些示例性实施例中，剖面304可从所述多个工件轮廓点与工件108的截面A-A的交叉点导出。在以下文本中将参考图4来描述截面A-A的形成。

工件凹槽302适于加工工件108。在对工件108进行涂胶的情况下，工件凹槽302是用于容纳要涂覆到工件108上的胶水的涂胶凹槽。

将理解的是，确定参考图3所描述的剖面的方式不仅适合于从工件108获得剖面，而且还适合于从模型获得剖面。

利用上文所描述的类似的方法，确定工件点可还包括：基于模型点来确定模型的模型凹槽的模型剖面，该模型凹槽适于加工模型。基于模型剖面与工件剖面304之间的位置关系，可获取工件剖面304中的点的偏移量。基于从模型点映射的工件点以及偏移的量，可确定经调整的工件点。将理解的是，本文中所描述的剖面映射仅仅是示例性方式，本领域技术人员将设想利用其他方法来确定经调整的工件点。例如，用户可获取工件剖面304的形状和尺寸并基于所获取的形状和尺寸来调整工件点。

利用这些示例性实施例，可以消除由制造误差造成的工件108与模型之间的未对齐。

图4图示了根据本公开的示例性实施例的确定工件108在点P

首先，在沿着涂胶凹槽的点当中，获取紧邻点P

将理解的是，上文所描述的确定剖面A-A的方式仅仅是图示性的，而不是限制性的。技术人员也可根据实际需要通过其他方式实现。

例如，在一些其他实施例中，假设从点P

在一些示例性实施例中，样本工件可用于辅助对工件点的调整。样本工件可以被视为基于模型的理想工件。在一些示例性实施例中，样本工件可以被用作模型与实际工件108之间的中间对象。上文所描述的用以根据模型确定用于加工工件108的点的方法可以从模型应用到样本工件上以确定用于加工样本工件的点，且然后从样本工件应用到实际工件108上以确定用于加工实际工件108的点。

在一些示例性实施例中，该方法可还包括：获取表示将要加工的目标工件的轮廓的多个目标工件轮廓点；以及基于所述多个模型轮廓点和所述多个目标工件轮廓点来确定对应于模型点的用于加工工件的目标工件点。

图5图示了根据本公开的示例性实施例的供用户调整用于加工的点的示例性显示内容。

在一些示例性实施例中，用户可以在人机界面102的屏幕上看到样本工件的剖面504。用户得以允许在屏幕上调整S点。一旦确定了经调整的点S，然后就确定它相对于在样本工件上建立的坐标系的坐标。通过上文所描述的步骤，可以将经调整的点S映射到在工件上建立的坐标系上。因此，可以相应地调整用于加工的点。

利用这些示例性实施例，用户可以以直截了当的方式调整点，而无需关于整个系统100的专业知识。换言之，用户需要做的仅仅是在屏幕上调整该点的位置，从而大大改进用户体验。

将理解的是，基于来自用户的输入的经调整的点可用于各种目的。例如，它可以用于辅助调整工件上的加工点。然而，它也可以在其他应用中使用。

当确定用于加工的点时，如果那些点已被恰当地定位，则在一些示例性实施例中可直接使用基于来自用户的输入的经调整的用于加工的点。

还将理解的是，在一些示例性实施例中，不一定需要来自用户的输入。例如，如果加工的精度满足用户的要求，则可以省略来自用户的输入。

图6图示了根据本公开的另一个示例性实施例的方法600的流程图。

在块602处，接收表示用于调整样本工件点的偏移量的输入。样本工件点对应于用于加工工件的工件点。在一些示例性实施例中，输入可反映关于期望点相对于样本工件的剖面的位置关系的信息。

在块604处，基于该输入来调整样本工件点，以便产生经调整的样本工件点。

在块606处，基于经调整的样本工件点来确定工件点。

在第二方面，本公开的示例性实施例涉及一种用于确定用于加工工件的点的设备。该设备包括：模型获取模块，其被配置成获取表示与工件相关联的模型的轮廓的多个模型轮廓点以及表示用于加工该模型的位置的模型点；工件获取模块，其被配置成获取表示工件的轮廓的多个工件轮廓点；以及工件确定模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点来确定对应于模型点的用于加工工件的工件点。

在一些示例性实施例中，工件确定模块可包括：工件对齐模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点将工件对齐到模型；以及工件识别模块，其被配置成基于对应于模型点的点来识别工件点，该模型点映射到经对齐的工件的轮廓。

在一些示例性实施例中，工件对齐模块可还包括：矩阵确定模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个工件轮廓点来确定工件矩阵，该工件矩阵用于将所述多个模型轮廓点变换为所述多个工件轮廓点；并且工件识别模块还被配置成基于工件矩阵和模型点来确定工件点。

在一些示例性实施例中，工件确定模块可包括：模型剖面模块，其被配置成基于模型点来确定模型的模型凹槽的模型剖面，该模型凹槽适于加工模型；以及工件剖面模块，其被配置成基于所述多个工件轮廓点来确定工件的工件凹槽的工件剖面，该工件凹槽适于加工工件；并且工件确定模块还被配置成基于工件剖面中的点的偏移量来确定工件点，该偏移量是基于模型剖面与工件剖面之间的位置关系。

在一些示例性实施例中，模型剖面模块可包括：点确定模块，其被配置成基于模型点和紧邻该模型点的两个模型点来确定中心点，该模型点和这两个模型点到中心点的距离相等；圆确定模块，其被配置成基于中心点以及该模型点和这两个模型点来确定圆，该圆的中心是中心点；切线确定模块，其被配置成确定该模型点相对于圆的切线；并且其中模型剖面模块被配置成基于切线来确定该模型点处的模型剖面。

在一些示例性实施例中，工件可以是表示基于模型的理想工件的样本工件；并且该设备还包括：目标工件获取模块，其被配置成获取表示将要加工的目标工件的轮廓的多个目标工件轮廓点；以及目标工件确定模块，其被配置成基于所述多个模型轮廓点和所述多个目标工件轮廓点来确定对应于模型点的用于加工工件的目标工件点。

在一些示例性实施例中，该设备可还包括：输入接收模块，其被配置成接收表示用于调整工件点的偏移量的输入；以及调整模块，其被配置成基于该输入来调整目标工件点。

在一些示例性实施例中，该设备可还包括：加工模块，其被配置成基于目标工件点来加工目标工件。

在一些示例性实施例中，获取所述多个工件轮廓点可包括：从3D相机获取所述多个工件轮廓点；并且加工工件可包括基于以下各者中的任一者来加工工件：涂胶操作、钻孔操作、机加工操作和焊接操作。

与常规方法相比，可以减少由于工件与模型之间的未对齐造成的负面影响。因此，可以精确地进行加工到工件上。

通常，本公开的各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实施。一些方面可以以硬件来实施，而其他方面可以以可由控制器、微处理器或其他计算装置执行的固件或软件来实施。虽然本公开的实施例的各个方面被图示和描述为框图、流程图或使用一些其他图像表达，但是将理解的是，本文中所描述的块、设备,、系统、技术或方法可以以(作为非限制性示例)硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算装置、或其某种组合来实施。

本公开还提供了有形地存储在非暂时性计算机可读存储介质上的至少一种计算机程序产品。通常，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、库、对象、类、部件、数据结构等。在各种实施例中，程序模块的功能可根据需要在程序模块之间组合或分割。用于程序模块的机器可执行指令可在本地或分布式装置内执行。在分布式装置中，程序模块可位于本地存储介质和远程存储介质两者中。

在本公开的上下文中，计算机程序代码或相关数据可由任何合适的载体承载以使得装置、设备或处理器能够执行如上文所描述的各种过程和操作。载体的示例包括信号、计算机可读介质等。

计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读介质可包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置、或者前述各者的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例将包括：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置、或者以上各者的任何合适的组合。

进一步，虽然以特定顺序描绘了操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或连续的顺序来执行此类操作，或者执行所有所图示的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务加工和并行加工可能是有利的。同样，虽然以上讨论中包含几个具体实施方式细节，但这些不应被解释为对本公开的范围的限制，而是被解释为对可特定于特定实施例的特征的描述。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可在单个实施例中以组合的方式实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合来实施。

尽管已以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了本公开，但是将理解的是，所附权利要求中限定的本公开不一定限于上文所描述的特定特征或动作。相反，上文所描述的具体特征和动作被公开为实施权利要求的示例形式。