用于工件校准的方法和使用该方法的机器人系统技术方案

本公开提供了用于校准工件(WP)的方法和使用该方法的机器人系统(1)，工件以预定方式被安装到工作对象(10)。工作对象(10)具有第一表面(S1)、第二表面(S2)和第三表面(S3)，以及其中工作对象(10)参考系(Fw)由位于第一表面(S1)、第二表面(S2)和第三表面(S3)的交叉处的第一坐标线(Xw)、第二坐标线(Yw)和第三坐标线(Zw)限定，第一表面(S1)、第二表面(S2)和第三表面(S3)会合于一点(Ow)。该方法包括：触摸在工作对象(10)的第一表面(S1)上的、由机器人触摸式探头(12)所定位的第一数目的位置(S1a、S1b、S1c、S1d)，以测量第一数目的位置在机器人参考系(Fr)中的第一表面(S1)上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第一坐标；触摸在工作对象(10)的第二表面(S2)上的、由机器人触摸式探头(12)所定位的第二数目的位置(S2a、S2b、S2c)，以测量第二数目的位置在机器人参考系(Fr)中的第二表面(S2)上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第二坐标；触摸在工作对象(10)的第三表面(S3)上的、由机器人触摸式探头(12)所定位的第三数目的位置(S3a、S3b、S3c)，以测量第三数目的位置在机器人参考系(Fr)中的第三表面(S3)上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第三坐标；基于用于所测得位置的所测得的第一、第二和第三坐标，从机器人参考系(Fr)计算工作对象(10)参考系(Fw)的定向和原点，其中工作对象(10)被定位在机器人单元中。可以提供所有必要的数据来确定实际工作对象(10)参考系(Fw)相对于机器人参考系(Fr)的定向和原点。该方法也使机器人能够在工作对象(10)上的位置处准确地执行机器操作。

Method for Workpiece Calibration and Robot System Using this Method

The present disclosure provides a method for calibrating a workpiece (WP) and a robotic system (1) using the method, in which the workpiece is mounted to a working object (10) in a predetermined manner. The working object (10) has the first surface (S1), the second surface (S2) and the third surface (S3), and the working object (10) reference frame (Fw) is defined by the first coordinate line (Xw), the second coordinate line (Yw) and the third coordinate line (Zw) at the intersection of the first surface (S1), the second surface (S2) and the third surface (S3), where the first surface (S1), the second surface (S2) and the third surface (S3) converge at one point (Ow). The method includes: touching the position of the first number (S1a, S1b, S1c, S1d) located by the robot touch probe (12) on the first surface (S1) of the working object (10) to measure the actual position of the first number on the first surface (S1) of the robot reference frame (Fr), and storing the measured first coordinates for the measured position; touching the working object (10) The second number of positions (S2a, S2b, S2c) located by the robot touch probe (12) on the second surface (S2) to measure the actual position of the second number on the second surface (S2) of the Robot Reference System (Fr) and store the measured second coordinates for the measured position; the robot touch on the third surface (S3) of the working object (10). The position of the third number (S3a, S3b, S3c) located by the probe (12) is used to measure the actual position of the third number on the third surface (S3) of the Robot Reference System (Fr) and store the measured third coordinates for the measured position. Based on the measured first, second and third coordinates for the measured position, the working object (10) parameters are calculated from the Robot Reference System (Fr). The orientation and principle of the examination department (Fw), in which the working object (10) is located in the robot unit. All necessary data can be provided to determine the orientation and point of the actual working object (10) reference frame (Fw) relative to the robot reference frame (Fr). The method also enables the robot to perform the machine operation accurately at the position of the working object (10).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于工件校准的方法和使用该方法的机器人系统
本专利技术涉及对机器人的控制，更加具体地，涉及通过触摸装置对机器人的控制。
技术介绍
机器人是一种可重新编程的多功能操纵器，其被设计用于通过可变的、编程的运动来移动工具或专业装置，以执行多种任务，诸如对工件进行加工。机器人具有机器人控制器和操纵器，该操纵器具有在机器人控制器的控制下的多个运动轴。在机器人与工件之间维持可标识的关系是必要的。在机器人与工件之间存在相对移动从而导致工件相对于机器人占用了一个新位置的情况下尤其如此。因此，需要实施一种方案，通过该方案，每当将工件相对于机器人置于一个新位置时，可容易地标识到在机器人与工件之间的位置关系。专利EP2,828,283A1公开了一种用于相对于机器人装置校准机器人的方法，该方法涉及：以加法的形式将人工移动存储到标称模型，并且加法包括对标称坐标的校正。该方法涉及在标称模型中对机器人装置进行建模，并且具有对工作对象和参数集的描述，该参数集描述了机器人中的物理关系。期望的位置被定义为模型中的坐标。该坐标被转换成机器人坐标。机器人被操作以到达由机器人坐标限定的一系列机器人位置。机器人从机器人位置被人工移到对应的期望位置。该人工移动被以加法的形式存储到标称模型，并且加法包括对标称坐标的校正。根据该专利的方案的缺点在于需要高度的操作者交互，这种操作者交互会非常耗时且是不准确的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于校准工件的方法，该工件以预定方式被安装到机器人系统中的工作对象，其中工作对象具有第一表面、第二表面和第三表面，以及其中工作对象参考系由位于第一表面、第二表面和第三表面的交叉处的第一坐标线、第二坐标线和第三坐标线限定，第一表面、第二表面和第三表面会合于一点，该方法包括：触摸在工作对象的第一表面上的、由机器人触摸式探头所定位的第一数目的位置，以测量第一数目的位置在机器人参考系中的第一表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第一坐标；触摸在工作对象的第二表面上的、由机器人触摸式探头所定位的第二数目的位置，以测量第二数目的位置在机器人参考系中的第二表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第二坐标；触摸在工作对象的第三表面上的、由机器人触摸式探头所定位的第三数目的位置，以测量第三数目的位置在机器人参考系中的第三表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第三坐标；基于用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标，从机器人参考系计算工作对象参考系的定向和原点，其中工作对象被定位在机器人单元中。根据本专利技术的另一方面，提供了一种机器人系统，包括：工作对象，具有第一表面、第二表面和第三表面，其中工作对象参考系由位于第一表面、第二表面和第三表面的交叉处的第一坐标线、第二坐标线和第三坐标线限定，第一表面、第二表面和第三表面会合于一点，并且工作对象被配置为具有以预定方式被安装到工作对象的工件；操纵器，保持触摸式探头；以及机器人控制器，具有运动控制模块、计算模块和存储器模块；其中：其中运动控制模块适于控制操纵器：触摸在工作对象的第一表面上的、由机器人触摸式探头所定位的第一数目的位置，以测量第一数目的位置在机器人参考系中的第一表面上的实际位置，触摸在工作对象的第二表面上的、由机器人触摸式探头所定位的第二数目的位置，以测量第二数目的位置在机器人参考系中的第二表面上的实际位置，并且触摸在工作对象的第三表面上的、由机器人触摸式探头所定位的第三数目的位置，以测量第三数目的位置在机器人参考系中的第三表面上的实际位置；存储器模块适于存储用于所测得位置的所测得的第一坐标，存储用于所测得位置的所测得的第二坐标，并且存储用于所测得位置的所测得的第三坐标；以及计算模块适于基于用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标，从机器人参考系计算工作对象参考系的定向和原点，其中工作对象被定位在机器人单元中。根据本专利技术的技术方案可以提供所有必要的数据来确定实际工作对象参考系相对于机器人参考系的定向和原点。这使机器人能够在工作对象上的位置处准确地执行机器操作。优选地，基于第一坐标线、第二坐标线和第三坐标线的定向，确定工作对象参考系相对于机器人参考系的定向，第一坐标线、第二坐标线和第三坐标线的定向通过分别向用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标应用二乘拟合算法而被计算；基于针对第一坐标线、第二坐标线和第三坐标线的会合点在机器人参考系中的坐标，确定在工作对象参考系与机器人参考系之间的原点，该会合点通过分别向用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标应用二乘拟合算法而被计算。优选地，将夹具参考系的第二和第三坐标线的定向调节成正交于夹具参考系的第一坐标线在机器人参考系中的定向。优选地，第一表面、第二表面和第三表面被设置成彼此基本上垂直。过程的目标是在实现最高准确度的同时执行最少数目的步骤。为了从二乘拟合得到明确的结果，第一数目等于或大于三；第二数目等于或大于三；并且第三数目等于或大于三。本专利技术提供了对工作对象相对于机器人的定向和位置的快速且准确的确定。所限定的点无需精确地定位在夹具上，这有利于整个过程。附图说明下文将参照优选示例性实施例更详细地阐释本专利技术的主题，附图中图示了这些优选示例性实施例，在图中：图1图示了根据本专利技术的实施例的机器人系统；以及图2图示了不具有可触摸几何特征的形状下的工件以及工作对象。在附图标记列表中以概述的形式列举了在图中所使用的附图标记及其含义。原则上，在图中，为相同的部分提供有相同的附图标记。具体实施方式在以下描述中，出于阐释和非限制性的目的，阐述了具体的细节，诸如特定的电路、电路组件、接口、技术等，以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，对本领域的技术人员而言清楚的是，可以在偏离这些具体细节的其他实施例中实践本专利技术。在其他实例中，省略了公知的方法和编程过程、装置和电路的详细描述，以使不必要的细节不会模糊对本专利技术的描述。图1图示了根据本专利技术的实施例的机器人系统。如图1所示，机器人系统1包括工作对象10、操纵器11、触摸式探头12和机器人控制器13。例如，工作对象10可以被成形为类似块状、立方体和长方体，工作对象10具有第一表面S1、第二表面S2和第三表面S1。工作对象参考系Fw由位于第一表面S1、第二表面S2和第三表面S3的交叉处的第一坐标线Xw、第二坐标线Yw和第三坐标线Zw所限定，该第一表面S1、第二表面S2和第三表面S3会合于点Ow。下面描述块状形状的工作对象10作为示例，其中第一表面S1、第二表面S2和第三表面S3是三个正交的平面。操纵器11可以由机器人控制器13所控制，机器人控制器13保持触摸式探头12的或终止于触摸式探头12。探头12(其可以是线性触摸传感器)可操作，以便每当其指针120与对象相接触(即，发生位移)时向机器人控制器13提供信号。控制机器人系统1的功能的机器人控制器13可以具有运动控制模块130、计算模块131和存储器模块132。机器人控制器13设置有数据链路14，用于接收命令，以控制操纵器11的位置以及被附接到操纵器11的工具和传感器的位置。计算机16向操作者提供界面，用于编辑被存储在机器人控制器13的存储器模块132中的数据。例如，在工作对象10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于校准工件的方法，所述工件以预定方式被安装到机器人系统中的工作对象，其中所述工作对象具有第一表面、第二表面和第三表面，以及其中所述工作对象参考系由位于所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面的交叉处的第一坐标线、第二坐标线和第三坐标线限定，所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面会合于一点，所述方法包括：触摸在所述工作对象的所述第一表面上的、由所述机器人触摸式探头所定位的第一数目的位置，以测量所述第一数目的位置在所述机器人参考系中的所述第一表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第一坐标；触摸在所述工作对象的所述第二表面上的、由所述机器人触摸式探头所定位的第二数目的位置，以测量所述第二数目的位置在所述机器人参考系中的所述第二表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第二坐标；触摸在所述工作对象的所述第三表面上的、由所述机器人触摸式探头所定位的第三数目的位置，以测量所述第三数目的位置在所述机器人参考系中的所述第三表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第三坐标；基于用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标，从所述机器人参考系计算所述工作对象参考系的定向和原点，其中所述工作对象被定位在所述机器人单元中。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于校准工件的方法，所述工件以预定方式被安装到机器人系统中的工作对象，其中所述工作对象具有第一表面、第二表面和第三表面，以及其中所述工作对象参考系由位于所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面的交叉处的第一坐标线、第二坐标线和第三坐标线限定，所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面会合于一点，所述方法包括：触摸在所述工作对象的所述第一表面上的、由所述机器人触摸式探头所定位的第一数目的位置，以测量所述第一数目的位置在所述机器人参考系中的所述第一表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第一坐标；触摸在所述工作对象的所述第二表面上的、由所述机器人触摸式探头所定位的第二数目的位置，以测量所述第二数目的位置在所述机器人参考系中的所述第二表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第二坐标；触摸在所述工作对象的所述第三表面上的、由所述机器人触摸式探头所定位的第三数目的位置，以测量所述第三数目的位置在所述机器人参考系中的所述第三表面上的实际位置，并且存储用于所测得位置的所测得的第三坐标；基于用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标，从所述机器人参考系计算所述工作对象参考系的定向和原点，其中所述工作对象被定位在所述机器人单元中。2.根据权利要求1所述的方法，其中：基于所述第一坐标线、所述第二坐标线和所述第三坐标线的定向，确定所述工作对象参考系相对于所述机器人参考系的定向，所述第一坐标线、所述第二坐标线和所述第三坐标线的所述定向通过分别向用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标应用二乘拟合算法而被计算；以及基于针对所述第一坐标线、所述第二坐标线和所述第三坐标线的所述会合点在所述机器人参考系中的坐标，确定在所述工作对象参考系与所述机器人参考系之间的所述原点，所述会合点通过分别向用于所测得位置的所测得的第一坐标、第二坐标和第三坐标应用二乘拟合算法而被计算。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：将夹具参考系的所述第二坐标线和所述第三坐标线的定向调节成正交于所述夹具参考系的所述第一坐标线在所述机器人参考系中的定向。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面被设置成彼此基本上垂直。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：所述第一数目等于或大于三；所述第二数目等于或大于三；以及所述第三数目等于或大于三。6.一种机器人系统，包括：工作对象，具有第一表面、第二表面和第三表面，其中所述工作对象参考系由位于所述第一表面、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈佳婧，顾颢，李劲松，徐岩，程少杰，毛磊，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH