技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人工具中心點(diǎn)(Toolcenterpoint,TCP)標(biāo)定方法，尤其涉及一種利用平面標(biāo)定板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人工具中心點(diǎn)(Toolcenterpoint,TCP)是與機(jī)器人工具固連的工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)，工具實(shí)際工作點(diǎn)在工具坐標(biāo)系中的坐標(biāo)保持不變。機(jī)器人要準(zhǔn)確控制工具實(shí)際工作點(diǎn)的位置，必須首先獲得工具坐標(biāo)系原點(diǎn)，即TCP在機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

計(jì)算TCP在機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系中坐標(biāo)的過程稱為機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定。準(zhǔn)確標(biāo)定機(jī)器人TCP是進(jìn)行離線編程的基礎(chǔ)。

TCP標(biāo)定的核心是要確定TCP在機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。傳統(tǒng)的的方法是“4點(diǎn)法”，即讓機(jī)器人通過四個(gè)不同方位去使機(jī)器人TCP與一空間固定點(diǎn)重合，然后利用機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角及機(jī)器人結(jié)構(gòu)信息去解算TCP坐標(biāo)。

這種方法的難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)與點(diǎn)的重合必須由人工操作完成，且需要精細(xì)的調(diào)整。如對準(zhǔn)不準(zhǔn)確，很容易出現(xiàn)誤差過大。所以TCP標(biāo)定非常耗時(shí)耗力，影響機(jī)器人的工作效率。

專利CN104827480A公開了一種機(jī)器人自動(dòng)標(biāo)定方法，利用標(biāo)定板標(biāo)定傳感器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)參數(shù)和相對于世界坐標(biāo)系的傳感器坐標(biāo)系；和在已被標(biāo)定的傳感器的引導(dǎo)下控制機(jī)器人以多種不同的姿態(tài)將安裝在其上的工具的坐標(biāo)系的原點(diǎn)精確地移動(dòng)到同一目標(biāo)點(diǎn)，并根據(jù)機(jī)器人在該目標(biāo)點(diǎn)的位姿數(shù)據(jù)計(jì)算出工具坐標(biāo)系相對于機(jī)器人的工具中心點(diǎn)坐標(biāo)系的傳遞矩陣tcpTt。

該方案的問題在于，在進(jìn)行操作之前，要對標(biāo)定板標(biāo)定傳感器進(jìn)行預(yù)先的標(biāo)定，且該標(biāo)定工具應(yīng)具備位置檢測功能，即需要進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)施步驟較為繁瑣。

專利CN104457645A公開了一種利用二維測量功能平板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法，將點(diǎn)點(diǎn)的重合約束弱化為了點(diǎn)面接觸，易于操作，當(dāng)TCP出現(xiàn)較小偏移時(shí)可實(shí)現(xiàn)自主標(biāo)定。

但上述方案要求平板標(biāo)定工具具備二維測量功能，導(dǎo)致實(shí)施的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種利用平面標(biāo)定板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)定操作復(fù)雜，精度不高的問題，通過利用平面精度較高的標(biāo)定板，來輔助機(jī)器人TCP標(biāo)定工作，降低標(biāo)定過程中對準(zhǔn)的難度，提高標(biāo)定效率，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)定自動(dòng)化，同時(shí)降低成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的方案是，

一種利用平面標(biāo)定板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法，包括以下步驟：

步驟一：讓機(jī)器人工具中心點(diǎn)即TCP在機(jī)器人處于不同姿態(tài)下與同一平面接觸，并形成不同的觸點(diǎn)，記錄各觸點(diǎn)在接觸時(shí)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角以及觸點(diǎn)在機(jī)器人世界坐標(biāo)系中的標(biāo)定坐標(biāo)表達(dá)式；

步驟二：任選四個(gè)觸點(diǎn)為一組，從中兩兩選取觸點(diǎn)組對，且四個(gè)觸點(diǎn)至少作為向量端點(diǎn)出現(xiàn)一次，構(gòu)成在機(jī)器人世界坐標(biāo)系內(nèi)的三個(gè)向量，以三個(gè)向量的混合積等于零為條件獲得一個(gè)方程；在所選的觸點(diǎn)組中去除一個(gè)觸點(diǎn)，并增加一個(gè)新觸點(diǎn)，重復(fù)上述方法獲得第二個(gè)方程；再同樣操作獲得第三個(gè)方程；最后求解三個(gè)方程構(gòu)成的方程組，獲得TCP在機(jī)器人工具末端法蘭坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，完成標(biāo)定；

步驟三：利用標(biāo)定得到的TCP在機(jī)器人工具末端法蘭坐標(biāo)系中的標(biāo)定坐標(biāo)，以及產(chǎn)生觸點(diǎn)時(shí)對應(yīng)的機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，計(jì)算每個(gè)觸點(diǎn)在機(jī)器人世界坐標(biāo)系中的標(biāo)定坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取擬合平面，以多個(gè)觸點(diǎn)到所述擬合平面的平均距離作為標(biāo)定結(jié)果的判斷依據(jù)，若平均距離小于設(shè)定閾值，則表明當(dāng)前標(biāo)定結(jié)果符合精度要求，否則，需要重新測量新的觸點(diǎn)坐標(biāo)，重新進(jìn)行標(biāo)定，直到標(biāo)定結(jié)果滿足標(biāo)定精度要求。

所述的一種利用平面標(biāo)定板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法，步驟一中，TCP所接觸的平面為標(biāo)定板。

所述的一種利用平面標(biāo)定板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法，步驟一中，標(biāo)定板上設(shè)有用于自動(dòng)檢測TCP是否與標(biāo)定板接觸的接觸傳感器。

所述的一種利用平面標(biāo)定板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法，步驟一中，觸點(diǎn)在機(jī)器人世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表達(dá)式由機(jī)器人各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角、機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)以機(jī)器人世界坐標(biāo)系原點(diǎn)計(jì)算獲得，其中包含了待求的TCP在機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系中的三個(gè)坐標(biāo)。

所述的一種利用平面標(biāo)定板的機(jī)器人工具中心點(diǎn)標(biāo)定方法，步驟一中，觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)至少為六個(gè)。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，通過利用一個(gè)固定的平面，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人TCP的標(biāo)定，避免了在肉眼觀察、人工控制條件下難以精確實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)-點(diǎn)重合過程，不需要機(jī)器人TCP點(diǎn)多次與同一空間固定點(diǎn)重合，將點(diǎn)-點(diǎn)重合要求弱化為了點(diǎn)-面重合，易于操作。標(biāo)定所需的設(shè)備簡單，只需包含一個(gè)精度較高的平面即可。當(dāng)機(jī)器人TCP出現(xiàn)較小偏移時(shí)，機(jī)器人一般還能夠按照預(yù)定的程序確保TCP點(diǎn)與平板工具重合，從而實(shí)現(xiàn)自主標(biāo)定。整個(gè)方法操作簡單，構(gòu)思巧妙，標(biāo)定精度高，具有較好的推廣作用。結(jié)合接觸傳感器，實(shí)現(xiàn)接觸過程的自動(dòng)控制，無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化的標(biāo)定。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所使用的機(jī)器人與標(biāo)定板結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1為機(jī)器人底座，2為6自由度機(jī)器人，3為焊槍，4為用作標(biāo)定工具的平板，5為計(jì)算機(jī)，6為機(jī)器人控制器。

具體實(shí)施方式

參見圖1，{F0}為以機(jī)器人底座所在空間建立的機(jī)器人世界坐標(biāo)系，{F6}為固定在機(jī)器人末端法蘭的機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系，利用計(jì)算機(jī)5采集標(biāo)定板接觸傳感器信號，判斷標(biāo)定板是否被觸碰。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器人控制器6相連，當(dāng)標(biāo)定板出現(xiàn)觸碰信號后，可向機(jī)器人發(fā)停止運(yùn)動(dòng)信號，計(jì)算機(jī)同時(shí)從機(jī)器人控制器中讀取機(jī)器人轉(zhuǎn)角關(guān)節(jié)信息，并完成后續(xù)的計(jì)算。

Ptcp設(shè)為TCP的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)，標(biāo)定工作的核心即為求出該點(diǎn)在{F6}中的坐標(biāo)6Ptcp＝{6xtcp，6ytcp，6ztcp}T。該點(diǎn)在機(jī)器人世界坐標(biāo)系{F0}的坐標(biāo)為0Ptcp＝{0xtcp，0ytcp，0ztcp}T。

本實(shí)施例首先將標(biāo)定板放置于機(jī)器人工作空間內(nèi)，當(dāng)控制機(jī)器人工具上的Ptcp點(diǎn)向標(biāo)定板上的平面方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，在標(biāo)定板感知到觸碰后，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。

首先，控制機(jī)器人，使機(jī)器人工具中心點(diǎn)與標(biāo)定板上的平面接觸，形成觸點(diǎn)，記錄發(fā)生接觸時(shí)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角以及觸點(diǎn)在機(jī)器人世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表達(dá)式，然后控制機(jī)器人遠(yuǎn)離標(biāo)定板，然后再控制機(jī)器人，調(diào)整為與上次接觸時(shí)不同的姿態(tài)，即關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)位置發(fā)生變化之后，再使機(jī)器人工具中心點(diǎn)與標(biāo)定板平面發(fā)生接觸，形成不同的觸點(diǎn)，并記錄儀接觸時(shí)機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角以及觸點(diǎn)在機(jī)器人世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表達(dá)式，反復(fù)操作以形成多個(gè)觸點(diǎn)，其中觸點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的表達(dá)式是根據(jù)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、桿件長度及偏置表達(dá)出觸點(diǎn)在與固定空間坐標(biāo)系中的笛卡爾坐標(biāo)，計(jì)算方法則是通過坐標(biāo)的齊次變換獲得，這個(gè)計(jì)算過程是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解求解，為公知技術(shù)；

其中，所述標(biāo)定板只需滿足平面精度、硬度要求，并固定于機(jī)器人工具中心點(diǎn)能夠接觸到的任意位置，其中平面精度與標(biāo)定所想要達(dá)到的目標(biāo)精度有關(guān)，如果目標(biāo)標(biāo)定精度高，則應(yīng)該相應(yīng)提高平面的精度要求，而硬度要求與機(jī)器人末端工具的類型有關(guān)，如果工具較硬，則容易劃傷標(biāo)定板，故標(biāo)定板的硬度也需相應(yīng)提高，這里的平面精度和硬度都可在實(shí)際標(biāo)定中，根據(jù)現(xiàn)場需要來確定即可；

為了完成后續(xù)的計(jì)算過程，這里所產(chǎn)生的觸點(diǎn)個(gè)數(shù)至少為6個(gè)；

本實(shí)施例中，機(jī)器人工具中心點(diǎn)與標(biāo)定板平面接觸時(shí)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角記為：

總結(jié)

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