[发明专利]基于视觉传感器的工业机器人现场实时温度补偿方法

说明书

本发明公开一种基于视觉传感器的工业机器人现场实时温度补偿方法，包括以下步骤：(1)在工业机器人基座附近安装固定视觉传感器；(2)在机器人冷态下，通过示教编程，示教并保存一条机器人温度补偿轨迹；(3)冷态下机器人自动运行温度补偿轨迹，并保存校准点冷态坐标；(4)热态下机器人再次运行补偿轨迹，并保存校准点热态坐标；(5)解算温度效应引起的机器人运动学模型参数误差；(6)更新机器人运动学模型参数，并解算机器人工作轨迹中各关节旋转角修正值；(7)机器人进入下一个工作循环，重复步骤(4)至步骤(6)；本方法能够修正温度引起的机器人运动轨迹变化，真正实现机器人温度误差补偿的效果。

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，特别涉及一种基于视觉传感器的工业机器人现场实时温度补偿方法。

背景技术

工业机器人是现代制造的重要组成部分，随着现代制造精度的提升，对工业机器人运动精度要求也越来越高。而工业机器人在连续高速运动过程中会产生非常明显的温度误差，即机器人经过一段时间连续的高速运动之后，机器人末端TCP(Tool Center Point，工具末端中心点)会产生非常明显的位置漂移。以臂展为3m的工业机器人为例，以100％速度连续运动1小时后，对于同一个目标点，机器人末端TCP达到的位置变化最大可达0.5mm，即机器人运动轨迹将存在较大的位置或姿态误差。

机器人温度误差是由于机械臂温度变化引起杆件和关节膨胀变形，使模型参数改变从而导致定位误差增大，它既与机器人所处姿态有关又与温度变化有关。温度变化主要包括两个方面：一方面，机器人自身的往复运动会主动发热，如电机散热、齿轮和驱动带等机械构件相对运动摩擦生热；另一方面，环境温度的变化也会影响到机器人自身的热平衡状态，如四季交替带来的气候温差等。

机器人温度误差是一种动态产生的误差，与机器人自身的热效应有关，在未到达热平衡状态之前是不断变化的。环境温度变化或机器人在连续高速运动过程中自身热胀冷缩，引起机器人内部结构参数发生变化，最终反应到机器人末端发生位置变化。由于机器人是多关节串联铰接结构，内部结构极其复杂，温度变化对其内部结构的作用机理及影响过程也非常复杂，最终反应到机器人末端TCP上的位置漂移的方向及大小也是不确定的。因此，机器人温度误差在线实时补偿对于保证机器人运动轨迹精度、提高机器人工作轨迹稳定性，进一步拓宽工业机器人在高端精密制造行业中的应用具有重要的意义。

现有的在线动态温度误差补偿技术是通过在工业机器人基座附近安装温度校准球，同时机器人工作工程中带动末端视觉传感器对温度校准球上的基准孔进行测量。该方法可以计算出机器人温度误差，并根据这个温度误差对机器人测量特征的测量值进行补偿，即本方法只是对机器人的测量特征的测量值进行误差修正，并没有真正去补偿机器人温度误差导致的机器人末端TCP位置漂移，机器人运动轨迹仍然存在误差。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提出了一种基于视觉传感器的工业机器人现场实时温度补偿方法，可以解决由于环境温度变化或机器人连续高速运动中自身产热导致的机器人运动轨迹发生偏差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于视觉传感器的工业机器人现场实时温度补偿方法，包括以下步骤：

(1)在工业机器人基座附近安装视觉传感器，满足传感器工作距离及测量景深，即传感器安装高度要满足传感器内相机的工作范围将覆盖温度补偿过程中机器人TCP运动范围；

(2)在机器人冷态下，示教一条机器人温度补偿轨迹，并在机器人控制器中记录该轨迹，补偿轨迹包括校准测量点和轨迹过渡点，校准测量点是指机器人运动至该位置时，视觉传感器可以对机器人末端TCP进行清晰的成像并实现对TCP点的定位测量，部分校准测量点之间通过轨迹过渡点衔接；