[发明专利]一种工业机器人工件坐标系的标定校准系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人标定技术领域，具体的说是一种工业机器人工件坐标系的标定校准系统及其方法。

背景技术

在工业机器人应用系统中，不同坐标系之间的位姿关系的标定是离线编程得以应用的基础、同时也是机器人集成应用系统得以在不同产线得以复制的前提。对于高精度机器人作业应用场合，不同工件的工件坐标系需要能够在线校准并实时修正，机器人根据修正的坐标系进行相应的作业，如高精度搬运、高精度电主轴打磨、高精度铆接等。

中国专利CN200880128941公开了一种使用具有成形为球体的突出部分的凸形校准物体和两个非平行倾斜表面的凹形校准物的机械接触的标定方法及其系统，其中凸形校准物体安装在机器人末端法兰，凹形校准物体安装在待标定的本地坐标系上，且至少需要三个凹形物体。但是，此方法为了保证最终的标定精度，需要加工精度很高的凸形校准物体和加工精度很高凹形校准物体，二者之间需要满足相关配合要求，校准物体需要提前安装，具体标定过程需要按照特定的位姿要求相互接触，标定过程相对复杂。

中国专利CN201510290538公开了一种用于搬运拆垛工件的工件坐标系离线标定方法及系统，此种主要应用于工件相对机器人操作的操作平面相对平整的情况下，其中测距传感器只能准确测定规定的机器人垂直运动方向的距离传感器自身的高度距离标称值，然后触发对应的输出信号，并进行此后相应的标定步骤。但是，如果工件的操作平面倾斜较大，后续使用光电开关测量可能出现某些方向由于传感器在垂直方向距离工件太远而不能检测到其边缘。

美国专利US8442304B2公开了一种使用3D机器视觉确定3维空间物体位姿的系统和方法，能够用于机器人应用中使用3D视觉拍摄图像的方法进行特征匹配实现机器人系统的工件位姿的在线校准修正。但是，3D视觉系统的应用成本很高，不利于大范围的推广应用。

发明内容

为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了一种工业机器人工件坐标系的标定校准系统及其方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种工业机器人工件坐标系的标定校准系统，包括工业机器人、机器人控制器、机器人末端工具、传感器安装中间结构件、标定传感器组件、工件安装台、置于工件安装台上工件。

所述机器人末端工具通过法兰连接在工业机器人手腕末端上进行作业；所述标定传感器组件通过传感器安装中间结构件安装在机器人末端工具或工业机器人手腕末端法兰上，所述工件位于机器人操作的空间范围内。

所述标定传感器组件通过激光或其他光源检测工件特征曲线边界点，所述特殊曲线为直线或圆弧等平面曲线，输出数字量和位移模拟量信号后通过以太网或现场总线的方式输入到所述机器人控制器中。

所述机器人控制器接收信号时触发路径中断，记录中断点处机器人末端的位置数据Fflange和标定传感器高度方向的位移数据Msensor，结合传感器安装位置数据Fsensor后，通过标定算法计算出工件坐标系的6D数据。

优选的，所述机器人末端工具根据机器人的具体作业，可以为搬运夹持器、焊枪、电主轴打磨头等的任一种。

优选的，所述标定传感器组件为激光位移传感器或线激光传感器中线激光传感器的任一种。所述线激光传感器为二维激光传感器或轮廓激光传感器中的任一种。

优选的，所述工件坐标系的6D数据可以提供给离线编程应用或覆盖机器人控制器工作坐标系的原数据。

优选的，所述工件坐标系的6D数据可以用于高精度的机器人应用场合中在线校准并实时修整工件坐标系。

一种工业机器人工件坐标系的标定校准系统的标定校准方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：工业机器人使其末端运动至待标定工件的合适位置，所述位置为正上方或正前方区域。

步骤二：标定传感器组件检测工件的特征曲线点，机器人控制器触发中断并记录机器人末端法兰的TCP数值Fflange和距离信息Msensor。

步骤三：机器人控制器结合TCP数值Fflange、距离信息Msensor和标定传感器位置信息Fsensor将其转化为基坐标系下Frobot的位姿信息。

步骤四：将转化至基坐标系Frobot的多点位姿信息采用最小二乘法拟合确定工件特征曲线的平面方程Ax+by+Cz+D＝0。

步骤五：选取特征曲线上所求平面方程的特殊点或相关交点为工件坐标系的原点Oobj，取其中检测到的多点中的两点矢量方向作为Xobj，所在平面的法向量为Zobj，右手定则确定Yobj。