机器人系统的自动标定方法技术方案

本发明专利技术公开一种机器人系统的自动标定方法，包括：提供一个具有球体的球棒部件；将球棒部件固定至安装在机器人的法兰盘上的末端执行工具上；在目标点的周围设置三个距离传感器，用于分别检测至球体的表面的实际距离；根据三个距离传感器检测到的三个实际距离控制机器人分别以多种不同的姿态将球体的中心精确地移动到目标点，并根据机器人在目标点的位姿数据计算出球体的中心相对于法兰盘的中心的传递矩阵Ts；和根据公式Tt＝Ts*Tc计算末端执行工具的中心相对于机器人的法兰盘的中心的传递矩阵Tt。因此，在本发明专利技术中，无需根据图像来识别球体的中心，从而极大地提高了机器人系统的标定效率。

【技术实现步骤摘要】
机器人系统的自动标定方法
本专利技术涉及一种机器人系统的自动标定方法。
技术介绍
在现有技术中，对于机器人系统的标定，一般采用人工示教的方法，例如，手动地控制机器人以多种不同的姿态(对于六轴机器人而言，一般为四种或更多种不同的姿态)将安装在机器人的法兰盘上的末端执行工具(或称为末端执行器)的中心移动到同一目标点。但是，由于需要通过人眼来判断末端执行工具的中心是否移动到同一目标点，因此，不可避免地会存在误差，导致末端执行工具的中心相对于机器人的法兰盘的中心的传递矩阵的标定不准确，而且手动地控制机器人以多种不同的姿态到达同一目标点和依靠人眼判断是否到达同一目标点的工作非常费时，影响工作效率。对于需要经常更换末端执行工具的机器人系统，在每更换一次末端执行工具之后，都要进行一次重新标定，非常麻烦，非常费时。在现有技术中，还曾提出过一种基于标定的视觉传感器自动执行机器人系统的标定的技术方案，在该技术方案中，在视觉传感器的引导下控制机器人以多种不同的姿态将安装在机器人的法兰盘上的末端执行工具的中心移动到同一目标点。与用人眼来判断末端执行工具的中心是否到达同一目标点相比，该技术方案省时省力。但是，在该技术方案中，视觉传感器需要识别末端执行工具的中心，由于末端执行工具的几何结构比较复杂，识别非常困难，特别是对于需要经常更换末端执行工具的机器人系统，每更换一次末端执行工具之后，都要重新识别末端执行工具的中心，非常麻烦，非常费时。此外，在前述现有技术中，视觉传感器一般为摄像机，识别处理系统根据视觉传感器拍摄到的图像来识别末端执行工具的中心。但是，根据拍摄到的图像识别末端执行工具的中心的计算量非常大，导致识别速度很慢，严重地降低了机器人系统的标定效率。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。根据本专利技术的一个目的，旨在于提供一种机器人系统的自动标定方法，其能够精确地且高效地完成机器人系统的标定工作。根据本专利技术的一个方面，提供一种机器人系统的自动标定方法，包括如下步骤：S100：提供一个球棒部件，所述球棒部件具有一个连接杆和附接在所述连接杆的一端上的球体；S200：将所述球棒部件的连接杆的另一端固定至安装在机器人的法兰盘上的末端执行工具上；S300：在一个已知的目标点的周围设置三个距离传感器，用于分别检测至所述球体的表面的实际距离；S400：根据三个距离传感器检测到的三个实际距离控制所述机器人分别以多种不同的姿态将所述球体的中心精确地移动到所述目标点，并根据所述机器人在所述目标点的位姿数据计算出所述球体的中心相对于所述法兰盘的中心的传递矩阵Ts；和S500：根据下面的公式(1)计算所述末端执行工具的中心相对于所述机器人的法兰盘的中心的传递矩阵Tt，Tt＝Ts*Tc(1)，其中Tc为所述末端执行工具的中心相对于所述球体的中心的传递矩阵，并且传递矩阵Tc是已知的、固定不变的。根据本专利技术的一个实例性的实施例，所述三个距离传感器包括第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器；并且当所述球体的中心被精确地移动到所述目标点时，所述第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器到所述球体的表面的距离分别等于第一预定距离、第二预定距离和第三预定距离。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，在所述步骤S400中，根据所述第一距离传感器检测到的第一实际距离与所述第一预定距离之间的第一距离误差、所述第二距离传感器检测到的第二实际距离与所述第二预定距离之间的第二距离误差、以及所述第三距离传感器检测到的第三实际距离与所述第三预定距离之间的第三距离误差，对机器人进行闭环反馈控制，直至所述第一距离误差、第二距离误差和第三距离误差都等于零。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，在所述步骤S400中，根据所述三个距离传感器检测到的三个实际距离计算出所述球体的中心在传感器坐标系中的实际位置，并根据所述球体的中心在传感器坐标系中的实际位置与所述目标点在所述传感器坐标系中的目标位置之间的位置误差，对机器人进行闭环反馈控制，直至所述位置误差等于零。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述第一距离传感器的轴线、所述第二距离传感器的轴线和所述第三距离传感器的轴线相交于同一点。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述第一距离传感器的轴线、所述第二距离传感器的轴线和所述第三距离传感器的轴线的交点作为所述目标点。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述第一距离传感器的轴线、所述第二距离传感器的轴线和所述第三距离传感器的轴线相互正交。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述第一距离传感器的轴线、所述第二距离传感器的轴线和所述第三距离传感器的轴线分别限定了传感器坐标系的三个轴线方向，并且所述传感器坐标系的原点与所述第一距离传感器的轴线、所述第二距离传感器的轴线和所述第三距离传感器的轴线的交点重合。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，在所述步骤S400中，所述机器人以至少两种不同的姿态将所述球体的中心精确地移动到所述目标点。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述步骤S400包括：S410：根据三个距离传感器检测到的三个实际距离控制机器人以第一姿态将所述球体的中心移动到所述目标点，并记录所述机器人在所述目标点处的第一位姿数据；S420：根据三个距离传感器检测到的三个实际距离控制机器人以第二姿态将所述球体的中心移动到所述目标点，并记录所述机器人在所述目标点处的第二位姿数据；S430：根据三个距离传感器检测到的三个实际距离控制机器人以第三姿态将所述球体的中心移动到所述目标点，并记录所述机器人在所述目标点处的第三位姿数据；S440：根据三个距离传感器检测到的三个实际距离控制机器人以第四姿态将所述球体的中心移动到所述目标点，并记录所述机器人在所述目标点处的第四位姿数据；和S450：根据获得的所述机器人的第一位姿数据、第二位姿数据、第三位姿数据和第四位姿数据计算出所述球体的中心相对于所述法兰盘的中心的传递矩阵Ts。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，在前述步骤S420至S440中的每个步骤中，根据所述第一距离传感器检测到的第一实际距离与所述第一预定距离之间的第一距离误差、所述第二距离传感器检测到的第二实际距离与所述第二预定距离之间的第二距离误差、以及所述第三距离传感器检测到的第三实际距离与所述第三预定距离之间的第三距离误差，对机器人进行闭环反馈控制，直至所述第一距离误差、第二距离误差和第三距离误差都等于零。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，在所述步骤S420至S440中的每个步骤中，根据所述三个距离传感器检测到的三个实际距离计算出所述球体的中心在传感器坐标系中的实际位置，并根据所述球体的中心在所述传感器坐标系中的实际位置与所述目标点在所述传感器坐标系中的目标位置之间的位置误差，对机器人进行闭环反馈控制，直至所述位置误差等于零。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述机器人为多轴机器人。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述三个距离传感器为非接触式距离传感器。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述三个距离传感器为激光式距离传感器或超声波式距离传感器。在本专利技术的前述各个实施例中，可以根据三个距离传感器检测到的、与球体的表面之间的三个实际距离来控制机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人系统的自动标定方法，包括如下步骤：S100：提供一个球棒部件(41、42)，所述球棒部件(41、42)具有一个连接杆(41)和附接在所述连接杆(41)的一端上的球体(42)；S200：将所述球棒部件(41、42)的连接杆(41)的另一端固定至安装在机器人(20)的法兰盘(21)上的末端执行工具(30)上；S300：在一个已知的目标点的周围设置三个距离传感器(11、12、13)，用于分别检测至所述球体(42)的表面的实际距离(L1’、L2’、L3’)；S400：根据三个距离传感器(11、12、13)检测到的三个实际距离(L1’、L2’、L3’)控制所述机器人(20)分别以多种不同的姿态(Pose#1、Pose#2、Pose#3、Pose#4)将所述球体(42)的中心(C)精确地移动到所述目标点，并根据所述机器人在所述目标点的位姿数据计算出所述球体(42)的中心(C)相对于所述法兰盘(21)的中心(Tool0)的传递矩阵Ts；和S500：根据下面的公式(1)计算所述末端执行工具(30)的中心(Tool)相对于所述机器人(20)的法兰盘(21)的中心(Tool0)的传递矩阵Tt，Tt＝Ts*Tc      (1)，其中Tc为所述末端执行工具(30)的中心(Tool)相对于所述球体(42)的中心(C)的传递矩阵，并且传递矩阵Tc是已知的、固定不变的。...

【技术特征摘要】
1.一种机器人系统的自动标定方法，包括如下步骤：S100：提供一个球棒部件(41、42)，所述球棒部件(41、42)具有一个连接杆(41)和附接在所述连接杆(41)的一端上的球体(42)；S200：将所述球棒部件(41、42)的连接杆(41)的另一端固定至安装在机器人(20)的法兰盘(21)上的末端执行工具(30)上；S300：在一个已知的目标点的周围设置三个距离传感器(11、12、13)，用于分别检测至所述球体(42)的表面的实际距离(L1’、L2’、L3’)；S400：根据三个距离传感器(11、12、13)检测到的三个实际距离(L1’、L2’、L3’)控制所述机器人(20)分别以多种不同的姿态(Pose#1、Pose#2、Pose#3、Pose#4)将所述球体(42)的中心(C)精确地移动到所述目标点，并根据所述机器人在所述目标点的位姿数据计算出所述球体(42)的中心(C)相对于所述法兰盘(21)的中心(Tool0)的传递矩阵Ts；和S500：根据下面的公式(1)计算所述末端执行工具(30)的中心(Tool)相对于所述机器人(20)的法兰盘(21)的中心(Tool0)的传递矩阵Tt，Tt＝Ts*Tc(1)，其中Tc为所述末端执行工具(30)的中心(Tool)相对于所述球体(42)的中心(C)的传递矩阵，并且传递矩阵Tc是已知的、固定不变的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述三个距离传感器(11、12、13)包括第一距离传感器(11)、第二距离传感器(12)和第三距离传感器(13)；并且当所述球体(42)的中心(C)被精确地移动到所述目标点时，所述第一距离传感器(11)、第二距离传感器(12)和第三距离传感器(13)到所述球体(42)的表面的距离分别等于第一预定距离(L1)、第二预定距离(L2)和第三预定距离(L3)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述步骤S400中，根据所述第一距离传感器(11)检测到的第一实际距离(L1’)与所述第一预定距离(L1)之间的第一距离误差、所述第二距离传感器(12)检测到的第二实际距离(L2’)与所述第二预定距离(L2)之间的第二距离误差、以及所述第三距离传感器(13)检测到的第三实际距离(L3’)与所述第三预定距离(L3)之间的第三距离误差，对机器人(20)进行闭环反馈控制，直至所述第一距离误差、第二距离误差和第三距离误差都等于零。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述步骤S400中，根据所述三个距离传感器(11、12、13)检测到的三个实际距离(L1’、L2’、L3’)计算出所述球体(42)的中心(C)在传感器坐标系(xs、ys、zs)中的实际位置，并根据所述球体(42)的中心(C)在传感器坐标系(xs、ys、zs)中的实际位置与所述目标点在所述传感器坐标系(xs、ys、zs)中的目标位置之间的位置误差，对机器人(20)进行闭环反馈控制，直至所述位置误差等于零。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述第一距离传感器(11)的轴线、所述第二距离传感器(12)的轴线和所述第三距离传感器(13)的轴线相交于同一点。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述第一距离传感器(11)的轴线、所述第二距离传感器(12)的轴线和所述第三距离传感器(13)的轴线的交点(Os)作为所述目标点。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第一距离传感器(11)的轴线、所述第二距离传感器(12)的轴线和所述第三距离传感器(13)的轴线相互正交。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓颖聪，张丹丹，鲁异，刘云，胡绿海，
申请(专利权)人：泰科电子上海有限公司，泰科电子公司，
类型：发明
国别省市：上海,31