機(jī)器人工裝安裝偏差計(jì)算系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種計(jì)算系統(tǒng)及其應(yīng)用，具體涉及一種機(jī)器人工裝安 裝偏差計(jì)算系統(tǒng)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)只涉及到物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不考慮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力和力矩。機(jī)器 人正運(yùn)動(dòng)學(xué)所研究的內(nèi)容是：給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角度或唯一，求解計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行 器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)問題。機(jī)械手是機(jī)器人上的重要部件，機(jī)械手是一系列 由關(guān)節(jié)連接起來的機(jī)械臂構(gòu)成的，每一個(gè)機(jī)械臂建立一個(gè)坐標(biāo)系，并用齊次變換描述坐標(biāo) 系之間的相對(duì)位置和姿態(tài)。
[0003]當(dāng)多個(gè)機(jī)械臂組成機(jī)械手時(shí)，就需要使用聯(lián)體坐標(biāo)，如聯(lián)體坐標(biāo)變換A、B、C，假設(shè) A是參考坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系），則B相對(duì)于A的坐標(biāo)變換以及C相對(duì)于B的坐標(biāo)變換成為聯(lián) 體坐標(biāo)變換。已知B在A中的表示為1\，C在B中的表示為T2，剛體在C中的表示為T3，則 剛體在Α中的表示為Τ= 。但是當(dāng)需要進(jìn)行激光操作時(shí)，往往對(duì)于工件位置的精度具 有較高的要求，激光切割部或激光打標(biāo)部上的工件位置出現(xiàn)偏移時(shí)，就容易造成產(chǎn)品被切 割壞或打標(biāo)位置出現(xiàn)偏移等現(xiàn)象。
[0004] 因此，研究一種能夠及時(shí)矯正機(jī)器人工裝安裝偏差的計(jì)算系統(tǒng)，這對(duì)于切割或打 標(biāo)效率的提尚具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是提供一種機(jī)器人工裝安裝偏差計(jì)算系統(tǒng)及其應(yīng)用， 采用對(duì)機(jī)器人工件的安裝進(jìn)行偏差計(jì)算，及時(shí)的將位置有偏差的工件進(jìn)行矯正。該計(jì)算系 統(tǒng)應(yīng)用于激光切割或激光打標(biāo)過程中對(duì)于工件位置偏差的矯正，能夠提高最終產(chǎn)品的合格 率。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0007] -種機(jī)器人工裝安裝偏差計(jì)算系統(tǒng)，按照以下步驟順序進(jìn)行：
[0008] 1)建立激光切割硬件設(shè)施
[0009] 機(jī)器人激光切割機(jī)包括底座，串聯(lián)在其上連續(xù)的N個(gè)機(jī)械臂，機(jī)械臂自由末端的 抓取工裝以及激光器；
[0010] 2)基礎(chǔ)變換矩陣的建立
[0011]建立激光坐標(biāo)系（1)，該坐標(biāo)系原點(diǎn)為激光在產(chǎn)品上的入射點(diǎn)，激光坐標(biāo)系在機(jī)器 人坐標(biāo)系⑵下的位置及姿態(tài)可以用一個(gè)4X4的旋轉(zhuǎn)變換矩陣^^^%表示：
[0012]
Pr
[0013] 其中：込為激光坐標(biāo)系⑴在機(jī)器人坐標(biāo)系⑵下的位置，其中，？：!，~?2為該 _P：_ 位置在X，y，z軸方向的分量；
[0014]
為激光坐標(biāo)系（1)在機(jī)器人坐標(biāo)系⑵下的姿態(tài)，其中，nx，ny，nzs 該姿態(tài)的X軸方向的X，y，z軸方向的分量；〇x，oy，oz為該姿態(tài)的Y軸方向的X，y，z軸方向 的分量；ax，ay，az為該姿態(tài)的Z軸方向的X，y，z軸方向的分量；
[0015]建立產(chǎn)品坐標(biāo)系（3)，其相對(duì)于機(jī)械臂自由末端的TCP坐標(biāo)系（5)的位置及姿態(tài) 可以用一個(gè)4X4的旋轉(zhuǎn)變換矩陣Qplate2TeP表示，其中，TCP即為機(jī)器人機(jī)械臂自由末端的位 置；
[0016]
P'-
[0017] 其中：/Λ.為產(chǎn)品坐標(biāo)系⑶在TCP坐標(biāo)系（5)下的位置，其中，px，py，pz為該位 _P：_ 置在X，y，z軸方向的分量；
[0018]
^品坐標(biāo)系（3)在TCP坐標(biāo)系（5)下的姿態(tài)；其中，nx，ny，nz為該姿 態(tài)的X軸方向的x，y，z軸方向的分量；〇x，oy，oz為該姿態(tài)的x，y，z軸方向的分量；ax，ay，az 為該姿態(tài)的Z軸方向的x，y，z軸方向的分量；
[0019] 3)切割變換矩陣的建立
[0020] 獲得待加工產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)，并從中提取出產(chǎn)品坐標(biāo)系（3)下的激光入射點(diǎn) p2、p3、……、pn，以及對(duì)應(yīng)的激光入射點(diǎn)法線方向m……、Nn;根據(jù)激光入射點(diǎn)和激 光入射點(diǎn)法線方向建立局部坐標(biāo)系（4)，以該局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)為激光入射點(diǎn)，坐標(biāo)系相對(duì) 于產(chǎn)品坐標(biāo)系（3)的位置及姿態(tài)可以用一個(gè)4X4的旋轉(zhuǎn)變換矩陣Q_k2plate表示：
[0021]
Px
[0022]其中：&為每個(gè)入射點(diǎn)局部坐標(biāo)系（4)在產(chǎn)品坐標(biāo)系（3)下的位置，其中， 入 px，py，pz為該位置在χ，y，z軸方向的分量；
[0023]
I入射點(diǎn)局部坐標(biāo)系⑷在產(chǎn)品坐標(biāo)系（3)下的位姿態(tài)，其中， nx，ny，nz為該姿態(tài)的X軸方向的X，y，z軸方向的分量；〇x，oy，oz為該姿態(tài)的Y軸方向的X，y，z軸方向的分量；ax，ay，az為該姿態(tài)的Z軸方向的X，y，z軸方向的分量，并且所述的Z軸 方向即為入射點(diǎn)的法線方向；
[0024] 4)計(jì)算理想狀態(tài)下多軸機(jī)器人角度
[0025] 利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程計(jì)算當(dāng)激光垂直入射到"0"型標(biāo)記時(shí)多軸機(jī)器人的角度， 根據(jù)機(jī)器人的D-Η參數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的機(jī)械臂可到達(dá)角度{qij，其中，qy表示產(chǎn)品的第i 個(gè)激光入射點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的機(jī)器人第j個(gè)機(jī)械臂的角度；
[0026] 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程為：
[0028]其中，j彡1;[0029] 其中β/4為機(jī)器第j各機(jī)械臂相對(duì)于第j一1個(gè)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)矩陣：
[0027] 丨:·. ?
[0030]
[0031]其中，Θ』，apdjPa』為機(jī)器人D-Η參數(shù)，Θ』為機(jī)械臂之間的夾角，包含uaj 為機(jī)械臂扭轉(zhuǎn)角；士為機(jī)械臂之間的距離；&]為機(jī)械臂長(zhǎng)度；上述參數(shù)代入式II中即可計(jì)算 每個(gè)激光入射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)器人機(jī)械臂角度值qu，i多2 ;j多1 ;
[0032] 5)工裝安裝偏差的計(jì)算
[0033] 工裝坐標(biāo)系與機(jī)器人末端TCP坐標(biāo)系并不重合，假設(shè)工裝坐標(biāo)系在機(jī)器人末端 TCP坐標(biāo)系下的位置及姿態(tài)用一個(gè)4X4的旋轉(zhuǎn)變換矩陣Q_表示：
[0034]
；
[0035] 當(dāng)Θ為小角度時(shí)，經(jīng)計(jì)算
其中Χ(]，^為中心平移的位置， Θ為中心旋轉(zhuǎn)的角度；
[0036
[0037]假設(shè)"0"型標(biāo)記的位置為（pXl，pyi)，然后發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)器人多軸角度設(shè)置為計(jì)算值 時(shí)，激光入射到"X"型標(biāo)記，測(cè)量得到"X"型標(biāo)記的位置為（pXl'，pyi'），經(jīng)計(jì)算簡(jiǎn)化得下 式：
[0038]
[0039] 已知（pxppyj和（ρχΛpy/ )，最終擬合得到X。，y。以及θ。
[0040] 作為本發(fā)明的一種限定，所述的機(jī)械臂個(gè)數(shù)N多1。
[0041] 作為上述限定的進(jìn)一步限定，所述的N= 6。
[0042] 本發(fā)明還提供了上述機(jī)器人工件安裝偏差計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用，它可以應(yīng)用于機(jī)器人 工件偏差的矯正。
[0043] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于：
[0044] 本發(fā)明采用對(duì)機(jī)器人工件的安裝進(jìn)行偏差計(jì)算，及時(shí)的將位置有偏差的工件進(jìn)行 矯正，如在進(jìn)行激光打標(biāo)過程或激光切割過程中對(duì)于工件的位置或者需要操作的工件位置 精度要求非常高，如果有偏差，在實(shí)際的操作過程中就會(huì)出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，因此，能夠及 時(shí)的對(duì)工裝的偏差進(jìn)行矯正，具有重要的意義。
[0045] 本發(fā)明適用于機(jī)器人工件安裝時(shí)偏差的計(jì)算，尤其適用于機(jī)器人激光切割或激光 打標(biāo)時(shí)，工件的矯正。
[0046] 本發(fā)明下面將結(jié)合說明書附圖與具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的激光切割硬件設(shè)施的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖2為工件偏差示意圖。
[0049] 圖中：11一底座，12-連桿，13-抓取工裝，14-激光器；1-激光坐標(biāo)系，2-機(jī)器 人坐標(biāo)系，3-產(chǎn)品坐標(biāo)系，4一局部坐標(biāo)系，5-TCP坐標(biāo)系。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 實(shí)施例1一種機(jī)器人工裝安裝偏差計(jì)算系統(tǒng)及其應(yīng)用
[0051] -種機(jī)器人工裝安裝偏差計(jì)算系統(tǒng)，按照以下步驟順序進(jìn)行：
[0052] 1)建立激光切割硬件設(shè)施
[0053] 機(jī)器人激光切割機(jī)包括底座11，串聯(lián)在其上連續(xù)的6個(gè)機(jī)械臂12,機(jī)械臂自由末 端的抓取工裝13以及激光器14;
[0054] 2)基礎(chǔ)變換矩陣的建立
[0055] 建立激光坐標(biāo)系（1)，該坐標(biāo)系原點(diǎn)為激光在產(chǎn)品上的入射點(diǎn)，激光坐標(biāo)系在機(jī)器 人坐標(biāo)系⑵下的位置及姿態(tài)可以用一個(gè)4X4的旋轉(zhuǎn)變換矩陣^^^%表示：
[0056]
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