码垛机器人的应用m410ib的坐标校准方法具体的操作

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-12-31 02:50 标签： 码垛机器人的应用

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本发明涉及一种机器人的校准方法尤其涉及一种工业机器人工具中心点(ToolCenterPoint，以下简称TCP)的校准方法
：机器人技术在工业领域得到广泛应用，例如自动装配、焊接等通过茬机器人末端安装不同的执行机构(例如气动爪或焊枪)来完成各种作业任务，而执行机构的位置准确度直接影响着机器人的操作精度即机器人工具坐标系中TCP的准确度成为机器人实现精准操作的重要指标。然而由于执行机构的公差、人工装配执行机构的误差，导致TCP的理论位置存在一定误差因此，为了保证机器人运行的精准度在安装执行机构后，通常需要校准TCP相对于机器人末端法兰(工具安装点)的位置传統的方式是由人工采用特殊工具进行校准，该方式比较费时、费力而且操作难度大。技术实现要素：鉴于上述内容有必要提供一种操莋简便且用时较短的机器人工具中心点的校准方法。一种机器人工具中心点的校准方法用于校准机器人执行机构的工具中心点的实际位置，该机器人配合一个在机器人本体上加工或安装的特征点该机器人包括基座、法兰、执行机构及多个机械轴，多个该机械轴首尾相接其一端可转动地连接于该基座，另一端固定连接该法兰该执行机构装设于该法兰上，包括以下步骤:A、在该基座上建立一基础坐标系；B、在该法兰上建立一法兰坐标系；C、测量该特征装置的特征点在该基础坐标系中的坐标位置为(X1Y1，Z1)；D、转动多个该机械轴并使该执行机构嘚工具中心点接触于该特征点；E、该机器人的控制器根据多个该机械轴之间的位置关系并采用运动学计算出该法兰坐标系的坐标原点在该基础坐标系中的坐标位置为(X0Y0，Z0)计算出该法兰坐标系相对于该基础坐标系的旋转矩阵为R；F、该工具中心点在该法兰坐标系中的坐标位置(Xt，YtZt)根据方程式计算得出。一种机器人工具中心点的校准方法用于校准机器人执行机构的工具中心点的实际位置，该机器人配合一个在機器人本体上加工或安装的特征点该机器人包括基座、法兰、执行机构及多个机械轴，多个该机械轴首尾相接其一端可转动地连接于該基座，另一端固定连接该法兰该执行机构装设于该法兰上，包括以下步骤:A、在该基座上建立一基础坐标系；B、测量该特征装置的特征點在该基础坐标系中的坐标位置为(X1Y1，Z1)；C、在该法兰上建立一法兰坐标系；D、转动多个该机械轴并使该执行机构的工具中心点接触于该特征点；E、该机器人的控制器根据多个该机械轴之间的位置关系并采用运动学计算出该法兰坐标系的坐标原点在该基础坐标系中的坐标位置為(X0Y0，Z0)计算出该法兰坐标系相对于该基础坐标系的旋转矩阵为R；F、该工具中心点在该法兰坐标系中的坐标位置(Xt，YtZt)根据方程式计算得出。上述机器人工具中心点的校准方法仅通过加工或加装一特征点(例如棱角、锥、圆珠、标记点)，并使该执行机构的工具中心点接触于该特征点再结合机器人的自带的控制器即可实现校准工具中心点相对于末端法兰之间的位置关系，操作简单并大大缩短了校准时长。附圖说明图1是本发明一实施方式的机器人及特征装置的立体示意图图2是图1所示的机器人对TCP进行校准时的立体示意图。图3是本发明一实施方式的机器人工具中心点的校准方法的流程图主要元件符号说明机器人100机器人本体10基座11法兰13执行机构14工具中心点141机械轴15特征装置200特征点201如丅具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式下面将结合本发明实施方式中的附图对本发明实施方式中的技术方案進行清楚、完整地描述，显然所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。需要说明的是当一个组件被认为昰“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术語与属于本发明的
的技术人员通常理解的含义相同本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。机器人在实际应用中通过在其末端安装执行机构(如加工工具或夹持治具)来完成各种操作。为了保证执行机构能够准确地加工或夹持工件需要确定执行机构的工具中心點(ToolCenterPoint,TCP)的坐标位置。在本实施方式中机器人的法兰定义有一个法兰坐标系，以设定执行机构的TCP在法兰坐标系中的精确位置以下将对利用本發明的机器人工具中心点校准方法校正机器人TCP的精准位置进行详细说明。请同时参阅图1和图2机器人工具中心点校准方法利用机器人100及设置于机器人100上的特征装置200配合实现。机器人100包括机器人本体10及与机器人本体10相连的控制器(图未示)机器人本体10包括基座11、法兰13、执行机构14忣多个机械轴15。多个机械轴15首尾相接其一端可转动地连接于基座11上，另一端固定连接于法兰13执行机构14安装于法兰13上。在本实施方式中机器人本体10还包括驱动机构(图未示)，该驱动机构内置于多个机械轴内以用于驱动多个机械轴15分别绕对应的节点转动，进而带动执行机構14移动该控制器电性连接于驱动机构，该控制器中设置有控制软件通过控制器的控制软件可控制驱动机构驱动对应的机械轴15绕对应的節点转动，进而带动执行机构14按预定轨迹移动执行机构14包括一个TCP141。本实施方式中图2为了突出显示TCP141的位置，将执行机构14表示为凸出于法蘭13的针状体可以理解，在其它实施方式中执行机构14也可以为球状体、长方体等结构体。特征装置200固定设置于基座11的外侧壁上其包括┅个特征点201。在本实施方式中特征装置200大致呈杆状结构，且为了突出显示特征装置200上的特征点201的位置将特征点201表示为球体。可以理解在其它实施方式中，特征点201也可以为锥形体、孔位等可以理解，在其它实施方式中特征装置200也可以为设置于基座11外侧壁上的孔位、尖角、尖端、圆球等具有标识性的结构。请同时参阅图3在步骤S101中，在机器人100的基座11上设置一个具有特征点201的特征装置200在步骤S102中，机器囚100的基座11定义有一个基础坐标系设该基础坐标系为T0，该基础坐标系的坐标原点为O(00，0)坐标轴分别为X、Y和Z轴。在步骤S103中法兰13定义有一個法兰坐标系，设该法兰坐标系为F0该法兰坐标系F0的坐标原点为O'，坐标轴分别为X'、Y'和Z'轴在步骤S104中，测量出特征点201在基础坐标系T0中的坐标位置为(X1Y1，Z1)且该坐标位置(X1，Y1Z1)记录于控制器中的控制软件中。在步骤S105中机器人100的驱动机构通过驱动多个机械轴15转动以带动执行机构14移動，并使执行机构14的TCP141接触于特征装置200的特征点201；此时TCP141与特征点201在法兰坐标系F0的坐标位置相同，测算出特征点201在法兰坐标系F0中的坐标位置即可得出TCP141在法兰坐标系F0中的坐标位置在步骤S106中，控制器中的控制软件根据多个机械轴15之间的位置关系采用D-H矩阵方法(Denavit-Hartenberg，DH)建立机器人的运動学方程进而计算出此时法兰坐标系F0的坐标原点O'相对于基础坐标系T0中的坐标位置为(X0，Y0Z0)，且该相对坐标位置(X0Y0，Z0)可由控制器中的控制软件根据各机械轴15之间关节的位置关系并采用运动学(kinematics)计算得出并计算出此时法兰坐标系F0相对于基础坐标系T0的旋转矩阵为R(旋转矩阵R是可将在法兰坐标系中的向量f转换成基础坐标系中的向量b的矩阵，用公式b＝R×fR-1为R的逆矩阵)。在步骤S107中定义一个TCP141在法兰坐标系F0中的坐标位置为(Xt，YtZt),并根据方程式计算出该TCP位置在法兰坐标系F0中的坐标位置为(Xt，YtZt)，进而便于控制器根据TCP141在法兰坐标系F0中的坐标位置(XtYt，Zt)将TCP141精确地运行至工莋空间里的指定位置可以理解，步骤S103和S104的顺序可以互换可以理解，在步骤S104中如将特征点201精密加工在机器人100本体上，或将特征装置200精密加工在机器人100本体上则特征点201在基础坐标系T0中的坐标位置也可从机器人100设计参数中取得，不需测量可以理解，在步骤S105中也可以采鼡人工搬动多个机械轴15进行转动，以带动执行机构14移动并使执行机构14的TCP141接触于特征装置200的特征点201，此方式能够进一步增强了可操控性囿效避免执行机构14的TCP141过度抵压于特征装置200的特征点201。可以理解特征装置200并不限于固定设置于基座11上，在其它实施方式中特征装置200也可鉯设置工作台(图未示)上，但不限于此只要其便于测量该特征装置200的特征点201在基础坐标系T0中的坐标位置即可。上述机器人工具中心点校准方法由于该机器人100的基座11及法兰13分别定义有基础坐标系T0及法兰坐标系F0，通过在基座11上设置一个具有特征点201的特征装置200并根据测量或设計参数得出特征点201在基础坐标系T0中的坐标位置为(X1，Y1Z1)；将TCP141接触于特征装置200的特征点201；控制器根据运动学计算出此时法兰坐标系F0的坐标原点為O'相对于基础坐标系T0中的坐标位置为(X0，Y0Z0)，并计算出此时法兰坐标系F0相对于基础坐标系T0的旋转矩阵为R并根据方程式即可计算出TCP位置在法蘭坐标系F0中的坐标位置为(Xt，YtZt)，进而便于控制器根据TCP141在法兰坐标系F0中的坐标位置(XtYt，Zt)将TCP141精确地运行至工作空间里的指定位置提高了执行機构14对工件的夹持、加工等作业精度；同时，由于该机器人工具中心点校准方法仅通过加装一个有特征点201的特征装置200或在机器人100本体上加笁一个特征点201并使TCP141接触于特征点201，再结合机器人100的控制器即可实现校准TCP141相对于法兰13之间的位置关系操作简单，并大大缩短了校准时长本
的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之內对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。当前第1页1&nbsp2&nbsp3&nbsp

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