一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的tcp在線快速標(biāo)定方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法及裝置，包括控制柜、TCP標(biāo)定裝置、工業(yè)機(jī)器人、末端工具和控制總線，控制柜通過控制總線分別連接TCP標(biāo)定裝置和工業(yè)機(jī)器人，末端工具安裝在工業(yè)機(jī)器人上；TCP標(biāo)定裝置包括TCP檢測裝置、標(biāo)定控制器和安裝底座，TCP檢測裝置通過安裝底座固定安裝在工業(yè)機(jī)器人的一側(cè)，測量平面與工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系的XOY平面平行。根據(jù)對射式光電傳感器的通斷信號，記錄法蘭位姿數(shù)據(jù)，計(jì)算并補(bǔ)償末端工具在X/Y軸及Z軸方向上的位姿偏差，通過多次重復(fù)操作，降低TCP標(biāo)定誤差，有效的提高工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)精度，減少工業(yè)機(jī)器人停機(jī)維護(hù)時(shí)間，提高了工業(yè)生產(chǎn)線的自動化程度。
【專利說明】
一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人末端工具標(biāo)定技術(shù)，具體涉及一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人 的TCP在線快速標(biāo)定方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，其逐漸在焊接、切削、裝配等領(lǐng)域得到越來越廣 泛的應(yīng)用。通過安裝不同的末端工具，工業(yè)機(jī)器人能夠完成多種作業(yè)任務(wù)。其中，工具中心 點(diǎn)(Tool Center Point，TCP)的位姿標(biāo)定精度直接影響工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)精度。
[0003] 工業(yè)機(jī)器人的末端工具（如螺柱焊槍、切削刀具等)經(jīng)過長時(shí)間工作之后，會出現(xiàn) 一定的位姿偏差，從而導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人無法完成預(yù)設(shè)功能等問題。目前，針對工業(yè)機(jī)器人末 端工具TCP的標(biāo)定主要采用離線人工示教的多點(diǎn)法。該方法首先將工業(yè)機(jī)器人末端工具的 TCP對齊到一固定點(diǎn)上，然后通過調(diào)整工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度，實(shí)現(xiàn)TCP標(biāo)定。但此類方法存 在一定的弊端：（1)多點(diǎn)法的TCP標(biāo)定過程主要受人為因素（如操作經(jīng)驗(yàn)等）的影響，不可避 免地引入較大的誤差；（2)標(biāo)定過程耗時(shí)較長，將影響工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)作業(yè)效率；（3)為實(shí) 現(xiàn)對生產(chǎn)線地周期性標(biāo)定，將耗費(fèi)大量的人力資源，同時(shí)降低了生產(chǎn)線的總體產(chǎn)能。工業(yè)機(jī) 器人TCP快速在線準(zhǔn)確的標(biāo)定直接關(guān)系到生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此，亟待提出一 種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP快速在線標(biāo)定方法，既能夠保證工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)精度，又可以 提高工業(yè)機(jī)器人的自動化程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機(jī)器人TCP的 自由度標(biāo)定的應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法及裝置。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0006] 一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置，包括控制柜，TCP標(biāo)定裝置，工業(yè) 機(jī)器人、末端工具和控制總線，所述控制柜通過控制總線分別連接TCP標(biāo)定裝置和工業(yè)機(jī)器 人，末端工具安裝在工業(yè)機(jī)器人上;所述TCP標(biāo)定裝置包括TCP檢測裝置、標(biāo)定控制器和安裝 底座，TCP檢測裝置通過安裝底座固定安裝在工業(yè)機(jī)器人的一側(cè)，測量平面與工業(yè)機(jī)器人基 坐標(biāo)系的Χ0Υ平面平行。
[0007] 上述TCP檢測裝置包括裝置上蓋、裝置本體、精度檢驗(yàn)開關(guān)以及四組對射式光電傳 感器，所述精度檢驗(yàn)開關(guān)設(shè)置于裝置本體上表面，所述裝置本體為縱向鏤空正方形的長方 體，四組對射式光電傳感器分別設(shè)置于裝置本體內(nèi)側(cè)面的縱向中線上，對射式光電傳感器 的激光射線相互垂直且在同一水平面。
[0008] 上述標(biāo)定控制器包括裝置外殼、微控制器單元、顯示單元、按鍵單元、狀態(tài)指示燈 和通信接口，所述標(biāo)定控制器獲取精度檢驗(yàn)開關(guān)的輸出信號以及四組對射式光電傳感器的 通斷信號，通過連接通信接口的控制總線與控制柜進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并通過顯示單元、狀態(tài)指 示燈反饋工作信息。
[0009] -種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法，包括如下步驟：
[0010] si、保持工業(yè)機(jī)器人末端工具垂直于基坐標(biāo)系的χογ平面，通過人工示教方法實(shí)現(xiàn) 工業(yè)機(jī)器人末端工具與TCP檢測裝置的精度檢測開關(guān)對準(zhǔn)，記錄工業(yè)機(jī)器人法蘭的空間位 姿數(shù)據(jù)；
[0011] S2、工業(yè)機(jī)器人連續(xù)工作一段時(shí)間后，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)初始人工示教的空間位姿 數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的TCP點(diǎn)是否偏移較大，若無法滿足生產(chǎn)要求，則進(jìn)入標(biāo)定程序；
[0012] S3、標(biāo)定程序:標(biāo)定控制器通過控制柜控制工業(yè)機(jī)器人的末端工具以初始姿態(tài)在 TCP檢測裝置中做正方形軌跡的標(biāo)定運(yùn)動;在運(yùn)動過程中，標(biāo)定控制器的微控制器單元監(jiān)測 TCP檢測裝置內(nèi)的四組對射式光電傳感器通斷狀態(tài)，根據(jù)該通斷信號的時(shí)間點(diǎn)，讀取并存儲 工業(yè)機(jī)器人在該時(shí)間點(diǎn)的法蘭空間位姿數(shù)據(jù)，利用以上存儲的空間位姿數(shù)據(jù)計(jì)算工業(yè)機(jī)器 人末端工具在X軸與γ軸方向上的位置偏差以及角度偏差，并實(shí)現(xiàn)TCP的誤差補(bǔ)償；
[0013] S4、重復(fù)步驟S3的操作，通過標(biāo)定結(jié)果的迭代，降低TCP標(biāo)定誤差；
[0014] S5、控制末端工具在基坐標(biāo)系的Z軸方向上做勻速直線運(yùn)動，以確定工業(yè)機(jī)器人 TCP在Z軸方向上位置偏差，補(bǔ)償TCP的誤差；
[0015] S6、重復(fù)步驟S5的操作，通過標(biāo)定結(jié)果的迭代，降低TCP標(biāo)定誤差。
[0016] 上述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟S3 中末端工具在X軸與γ軸方向上的位置偏差的計(jì)算方法為：
[0017] 在標(biāo)定運(yùn)動過程中，末端工具每經(jīng)過一組對射式光電傳感器，標(biāo)定控制器讀取工 業(yè)機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系的空間位姿數(shù)據(jù)，記為Pi Jn;
[0018] 所述i表示第i組對射式光電傳感器，i = l或2或3或4,其中1為對射式光電傳感器 1，2為對射式光電傳感器2,3為對射式光電傳感器3,4為對射式光電傳感器4;
[0019] 所述j表示對射式光電傳感器的通斷，j = l或2,1表示對射式光電傳感器信號接 通，2表示對射式光電傳感器信號斷開；
[0020] 所述η表示單次循環(huán)運(yùn)動中，第η次通過第i組對射式光電傳感器，n = l或2;
[0021 ]基于標(biāo)定控制器獲取的法蘭坐標(biāo)系空間位姿數(shù)據(jù)，
[0022] A、末端工具第一次通過第1組對射式光電傳感器1時(shí)，末端工具的中線與對射式光 電傳感器1的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0023]
[0024] 末端工具第一次通過第3組對射式光電傳感器3時(shí)，末端工具的中線與對射式光電 傳感器3的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0025]
[0026] 末端工具第二次通過第1組對射式光電傳感器1時(shí)，末端工具的中線與對射式光電 傳感器1的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0027]
[0028] 末端工具第二次通過第3組對射式光電傳感器3時(shí)，末端工具的中線與對射式光電 傳感器3的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0029]
z
[0030] 因此，末端工具的TCP在Y軸方向上的位置偏差可由下式計(jì)算得出：
[0031]
[0032] Β、末端工具第一次通過第2組對射式光電傳感器2時(shí)，末端工具的中線與對射式光 電傳感器2的激光射線的交點(diǎn)X軸坐標(biāo)為：
[0033]
[0034] 末端工具第一次通過第3組對射式光電傳感器4時(shí)，末端工具的中線與對射式光電 傳感器4的激光射線的交點(diǎn)Υ軸坐標(biāo)為：
[0035]
[0036] 末端工具第二次通過第2組對射式光電傳感器2時(shí)，末端工具的中線與對射式光電 傳感器2的激光射線的交點(diǎn)X軸坐標(biāo)為：
[0037]
[0038] 末端工具第二次通過第3組對射式光電傳感器4時(shí)，末端工具的中線與對射式光電 傳感器4的激光射線的交點(diǎn)Υ軸坐標(biāo)為：
[0039]
[0040] 因此，計(jì)算得到末端工具的TCP在X軸方向上的位置偏差：
[0041]
[0042] 上述步驟S3中角度偏差的計(jì)算方法為：
[0043]上下兩層對射式光電傳感器1和3之間的距離為d，計(jì)算末端工具的Y方向的角度偏 差如下式所示：
[0044]
[0045] 上下兩層對射式光電傳感器2和4之間的距離為d，計(jì)算末端工具的X方向的角度偏 差如下式所示：
[0046]
[0047] 上述步驟S5中工業(yè)機(jī)器人TCP在Z軸方向上位置偏差的計(jì)算方法為：
[0048] 標(biāo)定控制器通過控制柜控制工業(yè)機(jī)器人的末端工具運(yùn)動到對射式光電傳感器1和 2交點(diǎn)的正上方，沿著Z軸方向勻速直線向下運(yùn)動，對射式光電傳感器1和2檢測到末端工具 到達(dá)兩射線交點(diǎn)時(shí)的位姿數(shù)據(jù)，與通過人工示教得到的初始值P TCPQ之間的差值就是末端工 具的TCP在Z軸方向上的偏差：
[0049] TCPaz = Ptcp.Z-Ptcpo.Z〇
[0050] 本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo) 定裝置的的TCP檢測裝置及方法:一、能夠有效提高工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)精度;二、減少工業(yè)機(jī) 器人停機(jī)維護(hù)時(shí)間，提高工業(yè)生產(chǎn)線的效率和產(chǎn)能;三、有效地提高工業(yè)生產(chǎn)線的自動化程 度，節(jié)省人力、物力，降低成本。
【附圖說明】
[0051] 圖1是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052] 圖2是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的TCP標(biāo)定裝置的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0053]圖3是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的TCP檢測裝置的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054]圖4是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的標(biāo)定控制器的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055]圖5是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的末端工具的運(yùn) 動軌跡示意圖。
[0056]圖6是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的的TCP檢測裝置 測量X/Y軸方向上位移誤差示意圖。
[0057]圖7是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的TCP檢測裝置測 量X/Y軸方向上角度誤差示意圖。
[0058] 圖8是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的TCP檢測裝置測 量Z軸方向上位移誤差示意圖。
[0059] 圖9是本發(fā)明的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置的TCP在線標(biāo)定方 法流程圖。
[0060] 附圖中標(biāo)記的含義如下：
[0061 ] 1、控制柜，2、TCP標(biāo)定裝置，3、工業(yè)機(jī)器人，4、末端工具，5、控制總線；
[0062] 201、TCP檢測裝置，202、安裝底座，203、標(biāo)定控制器；
[0063] 301、對射式光電傳感器1，302、對射式光電傳感器2,303、對射式光電傳感器3， 304、對射式光電傳感器4，305、精度檢驗(yàn)開關(guān)，306、上蓋，307、裝置本體；
[0064] 401、裝置外殼，402、顯示單元，403、按鍵單元，404、狀態(tài)指示燈，405、通信接口。
【具體實(shí)施方式】
[0065]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0066]如圖1所示：一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人3的TCP在線快速標(biāo)定裝置，包括控制柜1，TCP 標(biāo)定裝置2,工業(yè)機(jī)器人3、末端工具4和控制總線5,控制柜1通過控制總線5分別連接TCP標(biāo) 定裝置2和工業(yè)機(jī)器人3，末端工具4安裝在工業(yè)機(jī)器人3上；
[0067] 如圖2所示:TCP標(biāo)定裝置2包括TCP檢測裝置201、標(biāo)定控制器203和安裝底座202， TCP檢測裝置201通過安裝底座202固定安裝在工業(yè)機(jī)器人3的一側(cè)，測量平面與工業(yè)機(jī)器人 3基坐標(biāo)系的Χ0Υ平面平行。
[0068]對射式光電傳感器1-301、3-303的激光射線與工業(yè)機(jī)器人3基坐標(biāo)系的X軸平行。 對射式光電傳感器2-302、4-304的激光射線與工業(yè)機(jī)器人3基坐標(biāo)系的Y軸平行。
[0069] 如圖3所示:TCP檢測裝置201包括裝置上蓋306、裝置本體307、精度檢驗(yàn)開關(guān)305以 及四組對射式光電傳感器，所述精度檢驗(yàn)開關(guān)305設(shè)置于裝置本體307上表面，所述裝置本 體307為縱向鏤空正方形的長方體，四組對射式光電傳感器分別設(shè)置于裝置本體307內(nèi)側(cè) 面，對射式光電傳感器1-301、3_303在同一垂直平面內(nèi)，傳感器的安裝距離為d，對射式光電 傳感器2-302、4-304在同一垂直平面內(nèi)，傳感器的安裝距離為d，對射式光電傳感器3-303、 4-304的激光射線相互垂直且在同一水平面內(nèi)，對射式光電傳感器1-301、2-302的激光射線 也相互垂直且在同一水平面內(nèi)。
[0070] 如圖4所示，標(biāo)定控制器203包括裝置外殼401、微控制器單元、顯示單元402、按鍵 單元403、狀態(tài)指示燈404和通信接口 405,所述標(biāo)定控制器203獲取精度檢驗(yàn)開關(guān)305的輸出 信號以及四組對射式光電傳感器的通斷信號，通過連接通信接口 405的控制總線5與控制柜 1進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并通過顯示單元402、狀態(tài)指示燈404反饋工作信息。
[0071 ]如圖9所示：一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人3的TCP在線快速標(biāo)定方法，其特征在于，包括 如下步驟：
[0072] S1、保持工業(yè)機(jī)器人3末端工具4垂直于基坐標(biāo)系的Χ0Υ平面，通過人工示教方法實(shí) 現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人3末端工具4與TCP檢測裝置201的精度檢測開關(guān)對準(zhǔn)，記錄工業(yè)機(jī)器人3法蘭 的空間位姿數(shù)據(jù)；
[0073] S2、工業(yè)機(jī)器人3連續(xù)工作一段時(shí)間后，工業(yè)機(jī)器人3根據(jù)初始人工示教的空間位 姿數(shù)據(jù)檢測當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人3的TCP點(diǎn)是否偏移較大，若無法滿足生產(chǎn)要求，則進(jìn)入標(biāo)定程 序；
[0074] S3、標(biāo)定程序:標(biāo)定控制器203通過控制柜1控制工業(yè)機(jī)器人3的末端工具4以初始 姿態(tài)在TCP檢測裝置201中做正方形軌跡的標(biāo)定運(yùn)動;在運(yùn)動過程中，標(biāo)定控制器203的微控 制器單元監(jiān)測TCP檢測裝置201內(nèi)的四組對射式光電傳感器通斷狀態(tài)，根據(jù)該通斷信號的時(shí) 間點(diǎn)，讀取并存儲工業(yè)機(jī)器人3在該時(shí)間點(diǎn)的法蘭空間位姿數(shù)據(jù)，利用以上存儲的空間位姿 數(shù)據(jù)計(jì)算工業(yè)機(jī)器人3末端工具4在X軸與Y軸方向上的位置偏差以及角度偏差，并實(shí)現(xiàn)TCP 的誤差補(bǔ)償；
[0075] S4、重復(fù)2次步驟S3的操作，通過標(biāo)定結(jié)果的迭代，降低TCP標(biāo)定誤差；
[0076] S5、控制末端工具4在基坐標(biāo)系的Z軸方向上做勻速直線運(yùn)動，以確定工業(yè)機(jī)器人 3TCP在Z軸方向上位置偏差，補(bǔ)償TCP的誤差；
[0077] S6、重復(fù)2次步驟S5的操作，通過標(biāo)定結(jié)果的迭代，降低TCP標(biāo)定誤差。
[0078]上述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人3的TCP在線快速標(biāo)定方法，步驟S3中末端工具4在X 軸與Y軸方向上的位置偏差的計(jì)算方法為：
[0079]如圖5所示，末端工具4在TCP檢測裝置201內(nèi)做正方形軌跡的標(biāo)定運(yùn)動，在運(yùn)動過 程中前半路徑內(nèi)的末端工具4保持姿態(tài)不變，在后半路徑內(nèi)的末端工具4繞法蘭坐標(biāo)系的Z 軸旋轉(zhuǎn)180°。
[0080] 如圖6所示，標(biāo)定控制器203通過機(jī)器人控制柜1控制工業(yè)機(jī)器人3的末端工具4以 初始姿態(tài)在TCP檢測裝置201中做正方形軌跡的標(biāo)定運(yùn)動。在標(biāo)定運(yùn)動過程中，末端工具4首 先通過對射式光電傳感器1-301與3-303。每經(jīng)過一組對射式光電傳感器，標(biāo)定控制器203讀 取工業(yè)機(jī)器人3法蘭坐標(biāo)系的空間位姿數(shù)據(jù)，記為P ljn
[0081] 所述i表示第i組對射式光電傳感器，i = l或2或3或4,其中1為對射式光電傳感器 1-301，2為對射式光電傳感器2-302,3-303為對射式光電傳感器3-303,4-304為對射式光電 傳感器4-304;
[0082]所述j表示對射式光電傳感器的通斷，j = l或2,1表示對射式光電傳感器信號接 通，2表示對射式光電傳感器信號斷開；
[0083]所述η表示單次循環(huán)運(yùn)動中，第η次通過第i組對射式光電傳感器，n = l或2;
[0084]基于標(biāo)定控制器203獲取的法蘭坐標(biāo)系空間位姿數(shù)據(jù)，
[0085] A、末端工具4第一次通過第1組對射式光電傳感器1-301時(shí)，末端工具4的中線與對 射式光電傳感器1 -301的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0086]
[0087]末端工具4第一次通過第3組對射式光電傳感器3-303時(shí)，末端工具4的中線與對射 式光電傳感器3-303的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0088]
[0089]末端工具4第二次通過第1組對射式光電傳感器1-301時(shí)，末端工具4的中線與對射 式光電傳感器1 -301的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0090]
[0091] 末端工具4第二次通過第3組對射式光電傳感器3-303時(shí)，末端工具4的中線與對射 式光電傳感器3-303的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0092]
[0093] 因此，末端工具4的TCP在Y軸方向上的位置偏差可由下式計(jì)算得出：
[0094]
[0095] B、末端工具4第一次通過第2組對射式光電傳感器2-302時(shí)，末端工具4的中線與對 射式光電傳感器2-302的激光射線的交點(diǎn)X軸坐標(biāo)為：
[0096]
[0097] 末端工具4第一次通過第3組對射式光電傳感器4-304時(shí)，末端工具4的中線與對射 式光電傳感器4-304的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0098]
[0099]末端工具4第二次通過第2組對射式光電傳感器2-302時(shí)，末端工具4的中線與對射 式光電傳感器2-302的激光射線的交點(diǎn)X軸坐標(biāo)為：
[0100]
[0101]末端工具4第二次通過第3組對射式光電傳感器4-304時(shí)，末端工具4的中線與對射 式光電傳感器4-304的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：
[0102]
[0103] 因此，計(jì)算得到末端工具4的TCP在X軸方向上的位置偏差：
[0104]
[0105] 上述步驟S3中角度偏差的計(jì)算方法為：
[0106] 如圖7所示:上下兩層對射式光電傳感器1-301和3-303之間的距離為d，計(jì)算末端 工具4的Y方向的角度偏差如下式所示：
[0107]
[0108] 上下兩層對射式光電傳感器2-302和4-304之間的距離為d，計(jì)算末端工具4的X方 向的角度偏差如下式所示：
[0109]
[0110] 上述步驟S5中工業(yè)機(jī)器人3TCP在Z軸方向上位置偏差的計(jì)算方法為：
[0111] 如圖8所示:標(biāo)定控制器203通過控制柜1控制工業(yè)機(jī)器人3的末端工具4運(yùn)動到對 射式光電傳感器1-301和2-302交點(diǎn)的正上方，沿著Z軸方向勻速直線向下運(yùn)動，對射式光電 傳感器1-301和2-302檢測到末端工具4到達(dá)兩射線交點(diǎn)時(shí)的位姿數(shù)據(jù)，與通過人工示教得 到的初始值Ptcpo之間的差值就是末端工具4的TCP在Z軸方向上的偏差：
[0112] TCPaz = Ptcp.Z-Ptcpo.Z。
[0113] 在工業(yè)機(jī)器人3執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的過程中，通過機(jī)器人控制柜1對工業(yè)機(jī)器人3的末 端工具4的坐標(biāo)進(jìn)行偏差補(bǔ)償。
[0114] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的 技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置，其特征在于包括控制柜、TCP標(biāo)定 裝置、工業(yè)機(jī)器人、末端工具和控制總線，所述控制柜通過控制總線分別連接TCP標(biāo)定裝置 和工業(yè)機(jī)器人，末端工具安裝在工業(yè)機(jī)器人上;所述TCP標(biāo)定裝置包括TCP檢測裝置、標(biāo)定控 制器和安裝底座，TCP檢測裝置通過安裝底座固定安裝在工業(yè)機(jī)器人的一側(cè)，測量平面與工 業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系的XOY平面平行。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置，其特征在于 所述TCP檢測裝置包括裝置上蓋、裝置本體、精度檢驗(yàn)開關(guān)以及四組對射式光電傳感器，所 述精度檢驗(yàn)開關(guān)設(shè)置于裝置本體上表面，所述裝置本體為縱向鏤空正方形的長方體，四組 對射式光電傳感器分別設(shè)置于裝置本體內(nèi)側(cè)面的縱向中線上，對射式光電傳感器的激光射 線相互垂直且在同一水平面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定裝置，其特征在于 所述標(biāo)定控制器包括裝置外殼、微控制器單元、顯示單元、按鍵單元、狀態(tài)指示燈和通信接 口，所述標(biāo)定控制器獲取精度檢驗(yàn)開關(guān)的輸出信號以及四組對射式光電傳感器的通斷信 號，通過連接通信接口的控制總線與控制柜進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并通過顯示單元、狀態(tài)指示燈反 饋工作信息。4. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法，其特征在于， 包括如下步驟： 51、 保持工業(yè)機(jī)器人末端工具垂直于基坐標(biāo)系的XOY平面，通過人工示教方法實(shí)現(xiàn)工業(yè) 機(jī)器人末端工具與TCP檢測裝置的精度檢測開關(guān)對準(zhǔn)，記錄工業(yè)機(jī)器人法蘭的空間位姿數(shù) 據(jù)； 52、 工業(yè)機(jī)器人連續(xù)工作一段時(shí)間后，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)初始人工示教的空間位姿數(shù)據(jù) 檢測當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的TCP點(diǎn)是否偏移較大，若無法滿足生產(chǎn)要求，則進(jìn)入標(biāo)定程序； 53、 標(biāo)定程序:標(biāo)定控制器通過控制柜控制工業(yè)機(jī)器人的末端工具以初始姿態(tài)在TCP檢 測裝置中做正方形軌跡的標(biāo)定運(yùn)動;在運(yùn)動過程中，標(biāo)定控制器的微控制器單元監(jiān)測TCP檢 測裝置內(nèi)的四組對射式光電傳感器通斷狀態(tài)，根據(jù)該通斷信號的時(shí)間點(diǎn)，讀取并存儲工業(yè) 機(jī)器人在該時(shí)間點(diǎn)的法蘭空間位姿數(shù)據(jù)，利用以上存儲的空間位姿數(shù)據(jù)計(jì)算工業(yè)機(jī)器人末 端工具在X軸與Y軸方向上的位置偏差以及角度偏差，并實(shí)現(xiàn)TCP的誤差補(bǔ)償； 54、 重復(fù)步驟S3的操作，通過標(biāo)定結(jié)果的迭代，降低TCP標(biāo)定誤差； 55、 控制末端工具在基坐標(biāo)系的Z軸方向上做勻速直線運(yùn)動，以確定工業(yè)機(jī)器人TCP在Z 軸方向上位置偏差，補(bǔ)償TCP的誤差； 56、 重復(fù)步驟S5的操作，通過標(biāo)定結(jié)果的迭代，降低TCP標(biāo)定誤差。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法，其特征在于 所述步驟S3中末端工具在X軸與Y軸方向上的位置偏差的計(jì)算方法為： 標(biāo)定運(yùn)動過程中，末端工具每經(jīng)過一組對射式光電傳感器，標(biāo)定控制器讀取工業(yè)機(jī)器 人法蘭坐標(biāo)系的空間位姿數(shù)據(jù)，記為Pljn; 所述i表示第i組對射式光電傳感器，i = 1或2或3或4，其中1為對射式光電傳感器1，2為 對射式光電傳感器2,3為對射式光電傳感器3,4為對射式光電傳感器4; 所述j表示對射式光電傳感器的通斷，j = 1或2，1表示對射式光電傳感器信號接通，2表 示對射式光電傳感器信號斷開； 所述η表示單次循環(huán)運(yùn)動中，第η次通過第i組對射式光電傳感器，η = 1或2; 基于標(biāo)定控制器獲取的法蘭坐標(biāo)系空間位姿數(shù)據(jù)， A、 末端工具第一次通過第1組對射式光電傳感器1時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳 感器1的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：末端工具第一次通過第3組對射式光電傳感器3時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳感 器3的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：末端工具第二次通過第1組對射式光電傳感器1時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳感 器1的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：末端工具第二次通過第3組對射式光電傳感器3時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳感 器3的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：因此，末端工具的TCP在Y軸方向上的位置偏差可由下式計(jì)算得出：B、 末端工具第一次通過第2組對射式光電傳感器2時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳 感器2的激光射線的交點(diǎn)X軸坐標(biāo)為：末端工具第一次通過第3組對射式光電傳感器4時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳感 器4的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：末端工具第二次通過第2組對射式光電傳感器2時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳感 器2的激光射線的交點(diǎn)X軸坐標(biāo)為：末端工具第二次通過第3組對射式光電傳感器4時(shí)，末端工具的中線與對射式光電傳感 器4的激光射線的交點(diǎn)Y軸坐標(biāo)為：計(jì)算得到末端工具的TCP在X軸方向上的位置偏差：6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法，其特征在于 所述步驟S3中角度偏差的計(jì)算方法為： 上下兩層對射式光電傳感器1和3之間的距離為d，計(jì)算末端工具的Y方向的角度偏差如 下式所示：上下兩層對射式光電傳感器2和4之間的距離為d，計(jì)算末端工具的X方向的角度偏差如 下式所示：7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的TCP在線快速標(biāo)定方法，其特征在于 所述步驟S5中工業(yè)機(jī)器人TCP在Z軸方向上位置偏差的計(jì)算方法為： 標(biāo)定控制器通過控制柜控制工業(yè)機(jī)器人的末端工具運(yùn)動到對射式光電傳感器1和2交 點(diǎn)的正上方，沿著Z軸方向勻速直線向下運(yùn)動，對射式光電傳感器1和2檢測到末端工具到達(dá) 兩射線交點(diǎn)時(shí)的位姿數(shù)據(jù)，與通過人工示教得到的初始值P TCP〇之間的差值就是末端工具的 TCP 在 Z 軸方向上的偏差:TCPAz = PTCp · Z-Ptcpq · Z。
【文檔編號】B25J9/16GK105945948SQ201610351194
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】溫秀蘭, 喬貴方, 崔俊宇, 王東霞, 趙藝兵, 白冰峰
【申請人】南京工程學(xué)院