[发明专利]面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，具体为一种面向双工业机器人协同工作的工件坐标系的标定方法。

背景技术

双工业机器人协同工作能有效的拓展工业机器人的应用领域，增大负载能力、优化操作能力。双工业机器人协同工作能够完成单工业机器人无法完成的工作任务，同时能够减少工业机器人运动的复杂性，提高工作效率。目前，双工业机器人协同工作已经在制造业中越来越得到重视，尤其在汽车制造、航空航天、电气电子等行业。

双工业机器人协同工作不但涉及工业机器人本身的运动控制还涉及到两个工业机器人之间的协调运动、与周边设备的协同控制、双工业机器人的协调路径规划、双工业机器人的协同位置校准等问题。在双机器人协同装配等操作中，双工业机器人的末端存在紧耦合关系，双工业机器人的末端工具通过工件形成闭合运动链。规划双工业机器人协同路径，使双工业机器人在协调运动过程中，机器人末端在每一时刻均满足双工业机器人末端工具之间的耦合关系。

双机器人在安装固定时，基座的相对位置存在安装误差，此外工业机器人自身运动也有定位误差，机器人抓取工件时也会产生装夹定位误差，从而使双工业机器人工件坐标系的相对位置与理论位置发生偏离，如果不进行标定和补偿，将导致双工业机器人的协同轨迹的相对关系变化。而现有技术中并未有对工件坐标系校准问题的相应解决方案。

实际生产实践中，单工业机器人的工件坐标系的标定是采用3对已知特征点，通过变换矩阵求解工件坐标系从离线编程到实际运动的坐标变换关系。如专利号为CN201310193066.2的专利文件公开的一种工件坐标系的标定方法，包括将工业机器人的工具坐标系原点分别运动至工业机器人的工件坐标系中不共线的任意三点，获得任意三点在工件坐标系中的工件坐标以及在工业机器人的基坐标系中的基坐标；根据任意三点的工件坐标以及基坐标分别获得三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量；根据三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量获得工件坐标系相对于基坐标系的齐次转换矩阵，以完成工件坐标系的标定。然而，该方法无法直接运用于双工业机器人以解决工件坐标系校准问题，且其求解过程中需要求解工业机器人的基座标位置关系，操作繁琐，容易出错。

需要说明的，工业机器人的任务路径在工件坐标系中的位置不应随虚拟仿真空间和实际空间的改变而改变。因此，只需要确定工件坐标系的位置即可确定路径位置。

如图8所示，其中，O_B-X_BY_BZ_B为基坐标系。O_R-X_RY_RZ_R为实际单元的工件坐标系。O_S-X_SY_SZ_S为仿真单元的工件坐标系。^B_RT为工业机器人基坐标系到实际单元工件坐标系变换矩阵。^B_ST为工业机器人基坐标系到仿真单元工件坐标系变换矩阵。^S_RT为仿真单元工件坐标系到实际单元工件坐标系变换矩阵。

针对机器人虚拟-现实工件坐标系校准问题借鉴宋月娥的基于特征三点的校准方法。工件坐标系校准的实质就是利用^B_RT与^B_ST求解仿真单元工件坐标系到实际单元工件坐标系变换矩阵^S_RT。