机器人的校准和编程制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在没有使用外部测量设备的情况下校准机器人的方法。本发明专利技术还涉及一种用于在未校准机器人之间复制工作程序的方法。两种方法利用闭链属性和该链中的连杆的相对位置，以更新机器人运动模型。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请是申请号为201280045878. 6、申请日为2014年3月20日、专利技术名称为"机 器人的校准和编程"的申请的分案申请。
本专利技术涉及对机器人进行校准的方法和对机器人进行编程的方法。
技术介绍
在工业机器人领域中，机器人的物理特性知识对计算机器人的精确位置很重要。 这些特性可以由机器人设计的图形限定，但是将取决于机器人的装配过程和机器人组件的 公差而变化。为了精炼该知识，并且由此增加机器人准确度，必须校准描述该机器人的模 型。 在专利文献中已经建议了用于编程机器人的几种方法和设备。在US6, 535, 794中 公开了三维坐标测量机，该三维坐标测量机使用具有已知大小的机械测量壁，以创建数据 误差图，以用于校准机器人。 US 2011/0022216公开了一种用于校准工业机器人系统的方法和设备，该工业机 器人系统包括具有机器人坐标系的至少一个机器人和具有定位器坐标系的定位器，并且适 合于通过将工件关于旋转轴进行旋转来保持并且改变该工件的定向。关于物体坐标系来对 用于机器人的目标点进行编程。设备包括：机器人控制器、在定位器上布置的至少三个校准 物体和由机器人保持的校准工具。校准物体的位置在物体坐标系中是已知的。机器人控制 器被配置为：确定关于机器人坐标系的校准物体的位置，确定用于定位器的旋转轴的至少 三个不同角度的所述校准物体中的第一校准物体和第二校准物体的位置，基于所确定的用 于旋转轴的三个角度的第一校准物体和第二校准物体的位置来确定机器人坐标系中的定 位器的旋转轴的方向，并且通过执行校准物体的已知位置和所确定位置之间的最佳匹配来 确定第一物体坐标系和定位器坐标系之间的关系。 在US 2008/0188986中公开了一种通过运动学机器人模型参数确定来提供多关 节机器人中的改进的准确度的方法和系统。根据机器人模型参数的变化通过针对参考物体 的参考点的被计算姿势中的变化使用用于雅克比行列式（Jacobian)推导中的微分链式法 则来校准多关节机器人。该方法还使用两个这样的参照物和其间的已知距离来创建长度尺 度，由此避免需要知道机器人的一个连杆长度。迭代法用于找到用于合成模型参数的改进 准确度的最优解。而且，公开了机器人的端关节参数（包括限定了工具附接机制框架的参 数）的确定，这在没有随后校准的情况下允许工具互换。 在US 2008/0188983中还公开了一种用于校准多关节工业机器人的装置和方法。 US 6, 070, 109涉及一种机器人校准系统，该机器人校准系统包括校准传感器，该 校准传感器提供当第一参考点（其相对机器人基底保持固定）离第二参考点（其位于机器 人壁上）为固定距离时的指示。机器人臂被移动通过多个定向，并且每次获得两个参考点 之间的固定距离，确定机器人关节位置信息。优选校准传感器包括一根绳子（string)，该 绳子在两个参考点之间延伸，并且每次由机器人臂的定向所引起绳子拉紧而激活信号发生 器。所生成的信号指示两个参考点相隔固定距离。所确定的机器人关节位置随后用于确定 校准因数，该校准因数取决于特定情况的需要而变化。示例性校准因数用于校正机器人运 动信息中的错误，定位工作单元参考框架并且定位工具中心点参考框架。 在US2009/0157226中公开了一种用于机器人及其外围设备的校准系统，该系统 包括附接到机器人及其外围设备的发射器。发射器发射激光束，并且接收器在某点处还被 安装到机器人或其外围设备，以允许校准并且用于接收该激光束，并且允许计算以确定发 射器和接收器之间的尺寸。 US4, 753, 569涉及一种用于校准计算机导引的机器人设备的方法和设备。安装在 机器人臂上或者固定在工作台处的至少一个相机观察目标，该目标包括固定到另一个机器 人臂或者工作台的至少三点的模式，这种观察当机器人臂接近工作台以执行预定操作时发 生。将相对于预定目标模式的任何偏差的感测发送到计算机，以重置机器人的计算机化的 导引系统。 因此，虽然存在多种校准机器人的方法，但是所有方法都需要多种额外的主动测 量设备（即包括传感器的测量设备）和如何使用所述测量设备的专业知识，而且依赖于通 过其知道所述设备的物理特征的准确度。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种校准多关节机器人的方法，该方法容易实现，并 且不需要使用外部主动测量设备。 此外，本专利技术的目的还在于提供一种复制未校准机器人之间的工作程序的方法。 根据本专利技术，通过校准机器人的方法实现上述目的和其它目的，该方法包括以下 步骤： (a)提供至少两个机器人況和R2)，每个机器人況，R2)具有连接以下两个法兰 的关节和/或连杆：基底法兰和工具法兰， (b)由至少两个机器人（RpR2)形成闭链， (c)操控链中的连杆或关节中的至少一个，由此引起链中的一些其它连杆或关节 中的操作，并且随后 (d)基于与至少两个机器人（&，R2)中的每一个机器人的关节相关联的传感器信 息来估计用于每个机器人（Ri，R2)的运动模型（MpM2)。 借此实现校准方法，该校准方法不取决于外部主动测量设备的准确度，而仅使用 机器人本身。本专利技术方法将机器人组合到闭链中，以获得信息，该信息随后用于调整机器人 的运动参数，即用于更新机器人的运动模型，由此校准机器人。通过调制在可用工作空间上 分布的不同形态中的链（即，通过操控链中的至少两个机器人的至少一个关节）来生成用 在校准过程中的必要信息，由此引起链中的其它连杆或关节中的一些的操作。随后通过使 用闭链属性和来自各种链形态的连杆和/或关节的知识来完成校准（即，数学运动模型的 估计）。为了限定链的比例大小，需要知道至少一个距离或距离变化。在可以求解的方程组 中表达了链中所使用的连杆和/或关节，由此校准机器人。因此，通过使用闭链的原理，可 以探索机器人的工作空间的大部分区域，并且因此该校准方法的成果高度地表示所述机器 人的整个工作空间。这在除了机器人本身之外而没有任何测量设备的情况下允许几个机器 人的同时校准。通过将闭链的模型表示和多个物理观察值进行比较，可以精炼模型的参数 并且因此校准模型的参数。 这里，该方法用在闭链中，每个连杆通过其自己的约束被引导，以实现整个闭链的 约束。这要求链中的位置、速度、加速度和力等。通过利用该属性，可以估计每个连杆的动 态属性，并且因此校准机器人的运动。 应当理解的是，在本专利说明书的全文中，术语一个或多个关节可以用于表示转 动关节、棱柱型关节（prismatic joint)或者球形关节。取决于关节的类型，关节可以控制 并且记录旋转和/或位置。在下文中，"位置"用于描述旋转和/或位置。还应当理解的是， 链可以包括不是关节的连杆或者是关节的连杆。 在根据本专利技术的方法的实施例中，可以通过提供具有至少两个机器人臂的单个机 器人来完成提供至少两个机器人的步骤（a)，并且随后将所述每个臂看作一个机器人。该类 型的机器人不具有与工具法兰相同数量的基底法兰。 根据校准机器人方法的又一个实施例，从用于驱动机器人关节和/或连杆的相同 传感器获得传感器信息。 根据校准机器人方法的又一个实施例，从用于驱动机器人关节和/或连杆的相同 传感器仅获得传感器信息。 根据校准机器人方法的又一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将工作程序从第一机器人R1转换到第二机器人R2的方法，每个机器人(R1，R2)具有连接以下两个法兰的关节：基底法兰和工具法兰，所述方法包括以下步骤：(a)使用第二机器人R2替换第一机器人R1，(b)提供与所述第一机器人R1相关联的工作程序R1P，(c)根据工作程序R1P选择多个位置或者角度，并且将所述第二机器人R2移动到那些位置，由此提供位置或角度对数据集合<R1Q，R2Q>，并且随后(d)使用所述位置对的数据集合<R1Q，R2Q>来估计所述至少两个机器人的运动模型(M1，M2)、基底法兰偏移(Tbase)和工具中心点偏移(Ttcp)，并且随后(e)基于所述所估计的运动模型(M1，M2)来执行工作程序转换。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁内·瑟·克努森，埃斯本·哈伦德拜克·厄斯特高，亨里克·戈登·彼得森，
申请(专利权)人：UR机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK