本发明专利技术提出了一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法，属于工业机器人标定技术领域。该方法利用高精度工业相机和Z向激光距离传感器确定基准孔的三维坐标值，以此来确定零组件和工业机器人的相对位置关系，多次循环调整工业机器人直到基准孔附近零组件平面和工业机器人末端刀具垂直角度符合要求，基准孔在相机坐标系中也同时达到预先设定的标准位置，再利用当前基准孔在机器人底座坐标系的坐标值，建立工件坐标系。本发明专利技术能够全自动进行基准检测，精度高，效率高，经济实用，操作工序简单易懂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业机器人标定
，是一种移动机器人基准找正方法，具体为一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法。
技术介绍
目前,移动机器人自动化制孔系统已经在飞机、汽车等制造领域被逐渐应用。移动机器人自动化制孔技术是基于产品数字化和自动化的一项技术，也是航空制造中最先进的加工技术之一。在移动机器人制孔流程中，制孔设备到达工位后，移动装置浮动锁紧，机器人根据编程工件坐标系中的路径到达制孔位置，由于移动装置定位或零组件安装存在误差，零组件与制孔机器人的相对位置将发生变化，最终导致移动机器人实际到达的位置的偏移。现有某些设备利用激光跟踪仪，在加工之前将移动机器人和零组件的实际相对位置打出来，与理论位置比较进行修正，提高移动机器人的定位精度，由于这种方式，价格昂贵，设备复杂操作工序繁琐，同时和传统方式相比，效率没有明显提高，工人的劳动强度并不能降低。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法。本专利技术的技术方案为：所述一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在工业机器人制孔刀具周围布置四个激光距离传感器A、B、C、D和一个相机，相机轴线和工业机器人电主轴轴线平行，相机侧边还安装有一个Z向激光距离传感器；步骤2：利用标定圆盘，通过以下步骤对四个激光距离传感器进行标定，所述标定圆盘由盘身和中心杆组成，中心杆与盘身保证垂直度为90±0.05°：步骤2.1：将工业机器人制孔刀具保持竖直状态，并将中心杆装夹在工业机器人制孔刀具的刀柄上；步骤2.2：调整四个激光距离传感器，是其将激光点均打在标定圆盘盘面上；步骤2.3：工业机器人制孔刀具电主轴沿轴向运动，带动标定圆盘轴向运动，观察四个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹；调整四个激光距离传感器，使四个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹相互平行，且任意三个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹不共线；步骤2.4：分别测量计算四个激光距离传感器光轴与标定圆盘盘面的夹角步骤3：轴向调整工业机器人制孔刀具电主轴，使标定圆盘盘面与模拟工作面重合；所述模拟工作面指沿电主轴进给方向的，且与工业机器人制孔刀具中处于缩回状态的压力鼻平面距离为l的平面；l为制孔时，待制孔零组件平面和处于缩回状态的压力鼻平面的距离；测量当前状态下四个激光距离传感器的距离读数sA，sB，sC，sD，以及Z向激光距离传感器测得的与标定圆盘盘面距离读数s0；步骤4：在标定圆盘盘面上建立与工业机器人制孔刀具固连的零面坐标系ObXbYbZb，并得到四个激光距离传感器在盘面上的激光点在零面坐标系ObXbYbZb中的坐标值(xA，yA)，(xB，yB)，(xC，yC)，(xD，yD)；零面坐标系原点选择为任意一个激光距离传感器在盘面上的激光点，并以该激光点的运动轨迹为ObYb轴；ObXb轴处于盘面上，且ObXb垂直于ObYb轴；ObYb轴正方向与工具坐标系OtXtYtZt的OtYt轴正方向夹角为锐角，ObXb轴正方向与工具坐标系OtXtYtZt的OtXt轴正方向夹角为锐角；ObZb轴正方向由ObYb轴正方向以及ObXb轴正方向按照右手定则确定；所述工具坐标系OtXtYtZt与工业机器人制孔刀具末端固连，本步骤中工具坐标系OtXtYtZt原点处于模拟工作面上，OtXt轴和OtYt轴在模拟工作面上，电主轴进给方向为OtZt轴正方向，工业机器人法兰坐标系OFXFYFZF的OFXF轴正方向在模拟工作面上的投影为OtXt轴正方向，OFYF轴正方向在模拟工作面上的投影为OtYt轴正方向；建立相机坐标系OvXvYvZv，相机坐标系OvXvYvZv与工业机器人末端执行器固连，本步骤中相机坐标系OvXvYvZv原点处于模拟工作面上，电主轴进给方向为OvZv轴正方向，OvXvYv平面与模拟工作面重合；移除标定圆盘；步骤5：移动工业机器人，并通过分析相机拍摄图像，使待制孔零组件上已经打好的基准孔中心与相机视野中心的偏差Δx、Δy满足设定范围要求，且Z向激光距离传感器测得的基准孔距离与标准距离的差值Δz也满足设定范围要求；所述标准距离为步骤3中得到的s0；步骤6：保持工业机器人末端姿态不变，沿模拟工作面移动工业机器人，使工具坐标系OtXtYtZt的原点运动到步骤5完成后得到的相机坐标系的原点位置；并按照以下步骤进行法向调平：步骤6.1：四个激光距离传感器将激光点A'、B'、C'、D'打在待制孔零组件表面，得到四个激光距离传感器的测量距离值sA’，sB’，sC’，sD’；根据sA’，sB’，sC’，sD’，步骤2.4得到的以及步骤3得到的sA，sB，sC，sD，计算得到激光点A'、B'、C'、D'在零面坐标系ObXbYbZb的坐标值；步骤6.2：由激光点A'、B'、C'、D'在零面坐标系ObXbYbZb的坐标值计算得到四个平面A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D'的法向量，取四个平面A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D'法向量的平均值为待制孔零组件表面法向量n1；步骤6.3：根据法向量n1在零面坐标系ObXbYbZb中的坐标，得到法向量n1与ObZb轴的夹角α1，若α1在±0.2°范围内，则法向调平结束，进入步骤7，否则根据法向量n1在零面坐标系ObXbYbZb中的坐标，得到将零面坐标系ObXbYbZb旋转至ObZb轴与法向量n1重合时，ObXb轴的旋转角度γ和ObYb轴的旋转角度β；按照角度γ和角度β移动工业机器人，使工具坐标系的OtXt轴旋转角度γ，OtYt轴旋转角度β，并返回步骤6.1；步骤7：保持工业机器人末端姿态不变，沿模拟工作面移动工业机器人，使相机坐标系OvXvYvZv的原点运动到步骤6法向调平完成后得到的工具坐标系的原点位置；通过分析相机拍摄图像，判断待制孔零组件上已经打好的基准孔中心与相机视野中心的偏差Δx、Δy是否满足设定范围要求，判断Z向激光距离传感器测得的基准孔距离与标准距离的差值Δz是否也满足设定范围要求；若均满足Δx、Δy、Δz均满足设定范围要求，则以此时相机坐标系原点在机器人底座坐标系中的坐标作为基准孔中心在机器人底座坐标系中的坐标，否则返回步骤5；步骤8：重复步骤步骤5到步骤7，得到所有基准孔中心在机器人底座坐标系中的坐标，根据所有基准孔中心在机器人底座坐标系中的坐标，建立待制孔零组件的实际工件坐标系。...
【技术保护点】
一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在工业机器人制孔刀具周围布置四个激光距离传感器A、B、C、D和一个相机，相机轴线和工业机器人电主轴轴线平行，相机侧边还安装有一个Z向激光距离传感器；步骤2：利用标定圆盘，通过以下步骤对四个激光距离传感器进行标定，所述标定圆盘由盘身和中心杆组成，中心杆与盘身保证垂直度为90±0.05°：步骤2.1：将工业机器人制孔刀具保持竖直状态，并将中心杆装夹在工业机器人制孔刀具的刀柄上；步骤2.2：调整四个激光距离传感器，是其将激光点均打在标定圆盘盘面上；步骤2.3：工业机器人制孔刀具电主轴沿轴向运动，带动标定圆盘轴向运动，观察四个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹；调整四个激光距离传感器，使四个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹相互平行，且任意三个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹不共线；步骤2.4：分别测量计算四个激光距离传感器光轴与标定圆盘盘面的夹角步骤3：轴向调整工业机器人制孔刀具电主轴，使标定圆盘盘面与模拟工作面重合；所述模拟工作面指沿电主轴进给方向的，且与工业机器人制孔刀具中处于缩回状态的压力鼻平面距离为l的平面；l为制孔时，待制孔零组件平面和处于缩回状态的压力鼻平面的距离；测量当前状态下四个激光距离传感器的距离读数sA，sB，sC，sD，以及Z向激光距离传感器测得的与标定圆盘盘面距离读数s0；步骤4：在标定圆盘盘面上建立与工业机器人制孔刀具固连的零面坐标系ObXbYbZb，并得到四个激光距离传感器在盘面上的激光点在零面坐标系ObXbYbZb中的坐标值(xA，yA)，(xB，yB)，(xC，yC)，(xD，yD)；零面坐标系原点选择为任意一个激光距离传感器在盘面上的激光点，并以该激光点的运动轨迹为ObYb轴；ObXb轴处于盘面上，且ObXb垂直于ObYb轴；ObYb轴正方向与工具坐标系OtXtYtZt的OtYt轴正方向夹角为锐角，ObXb轴正方向与工具坐标系OtXtYtZt的OtXt轴正方向夹角为锐角；ObZb轴正方向由ObYb轴正方向以及ObXb轴正方向按照右手定则确定；所述工具坐标系OtXtYtZt与工业机器人制孔刀具末端固连，本步骤中工具坐标系OtXtYtZt原点处于模拟工作面上，OtXt轴和OtYt轴在模拟工作面上，电主轴进给方向为OtZt轴正方向，工业机器人法兰坐标系OFXFYFZF的OFXF轴正方向在模拟工作面上的投影为OtXt轴正方向，OFYF轴正方向在模拟工作面上的投影为OtYt轴正方向；建立相机坐标系OvXvYvZv，相机坐标系OvXvYvZv与工业机器人末端执行器固连，本步骤中相机坐标系OvXvYvZv原点处于模拟工作面上，电主轴进给方向为OvZv轴正方向，OvXvYv平面与模拟工作面重合；移除标定圆盘；步骤5：移动工业机器人，并通过分析相机拍摄图像，使待制孔零组件上已经打好的基准孔中心与相机视野中心的偏差Δx、Δy满足设定范围要求，且Z向激光距离传感器测得的基准孔距离与标准距离的差值Δz也满足设定范围要求；所述标准距离为步骤3中得到的s0；步骤6：保持工业机器人末端姿态不变，沿模拟工作面移动工业机器人，使工具坐标系OtXtYtZt的原点运动到步骤5完成后得到的相机坐标系的原点位置；并按照以下步骤进行法向调平：步骤6.1：四个激光距离传感器将激光点A'、B'、C'、D'打在待制孔零组件表面，得到四个激光距离传感器的测量距离值sA’，sB’，sC’，sD’；根据sA’，sB’，sC’，sD’，步骤2.4得到的以及步骤3得到的sA，sB，sC，sD，计算得到激光点A'、B'、C'、D'在零面坐标系ObXbYbZb的坐标值；步骤6.2：由激光点A'、B'、C'、D'在零面坐标系ObXbYbZb的坐标值计算得到四个平面A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D'的法向量，取四个平面A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D'法向量的平均值为待制孔零组件表面法向量n1；步骤6.3：根据法向量n1在零面坐标系ObXbYbZb中的坐标，得到法向量n1与ObZb轴的夹角α1，若α1在±0.2°范围内，则法向调平结束，进入步骤7，否则根据法向量n1在零面坐标系ObXbYbZb中的坐标，得到将零面坐标系ObXbYbZb旋转至ObZb轴与法向量n1重合时，ObXb轴的旋转角度γ和ObYb轴的旋转角度β；按照角度γ和角度β移动工业机器人，使工具坐标系的OtXt轴旋转角度γ，OtYt轴旋转角度β，并返回步骤6.1；步骤7：保持工业机器人末端姿态不变，沿模拟工作面移动工业机器人，使相机坐标系OvXvYvZv的原点运动到步骤6法向调平完成后得到的工具坐标系的原点位置；通过分析相机拍摄图像，判断待制孔零组件上已经打好的基准孔...
【技术特征摘要】
1.一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法，其特征在于：包括以
下步骤：
步骤1：在工业机器人制孔刀具周围布置四个激光距离传感器A、B、C、D和一
个相机，相机轴线和工业机器人电主轴轴线平行，相机侧边还安装有一个Z向激光距
离传感器；
步骤2：利用标定圆盘，通过以下步骤对四个激光距离传感器进行标定，所述标
定圆盘由盘身和中心杆组成，中心杆与盘身保证垂直度为90±0.05°：
步骤2.1：将工业机器人制孔刀具保持竖直状态，并将中心杆装夹在工业机器人
制孔刀具的刀柄上；
步骤2.2：调整四个激光距离传感器，是其将激光点均打在标定圆盘盘面上；
步骤2.3：工业机器人制孔刀具电主轴沿轴向运动，带动标定圆盘轴向运动，观
察四个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹；调整四个激光距离传感器，使四
个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹相互平行，且任意三个激光距离传感器
在盘面上的激光点运动轨迹不共线；
步骤2.4：分别测量计算四个激光距离传感器光轴与标定圆盘盘面的夹角步骤3：轴向调整工业机器人制孔刀具电主轴，使标定圆盘盘面与模拟工作面重
合；所述模拟工作面指沿电主轴进给方向的，且与工业机器人制孔刀具中处于缩回状
态的压力鼻平面距离为l的平面；l为制孔时，待制孔零组件平面和处于缩回状态的压
力鼻平面的距离；测量当前状态下四个激光距离传感器的距离读数sA，sB，sC，sD，
以及Z向激光距离传感器测得的与标定圆盘盘面距离读数s0；
步骤4：在标定圆盘盘面上建立与工业机器人制孔刀具固连的零面坐标系
ObXbYbZb，并得到四个激光距离传感器在盘面上的激光点在零面坐标系ObXbYbZb中
的坐标值(xA，yA)，(xB，yB)，(xC，yC)，(xD，yD)；零面坐标系原点选择为任意一
个激光距离传感器在盘面上的激光点，并以该激光点的运动轨迹为ObYb轴；ObXb轴
处于盘面上，且ObXb垂直于ObYb轴；ObYb轴正方向与工具坐标系OtXtYtZt的OtYt
\t轴正方向夹角为锐角，ObXb轴正方向与工具坐标系OtXtYtZt的OtXt轴正方向夹角为锐
角；ObZb轴正方向由ObYb轴正方向以及ObXb轴正方向按照右手定则确定；
所述工具坐标系OtXtYtZt与工业机器人制孔刀具末端固连，本步骤中工具坐标系
OtXtYtZt原点处于模拟工作面上，OtXt轴和OtYt轴在模拟工作面上，电主轴进给方向
为OtZt轴正方向，工业机器人法兰坐标系OFXFYFZF的OFXF轴正方向在模拟工作面上
的投影为OtXt轴正方向，OFYF轴正方向在模拟工作面上的投影为OtYt轴正方向；
建立相机坐标系OvXvYvZv，相机坐标系OvXvYvZv与工业机器人末端执行器固连，
本步骤中相...
【专利技术属性】
技术研发人员：王战玺，李飞飞，王宁，秦现生，谭小群，白晶，王增翠，武俊强，刘健，王玮，郭欣，杨奇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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