一种机器人用户坐标自动标定系统及其标定方法技术方案

本发明专利技术涉及机器人领域，公开了一种机器人用户坐标自动标定系统及其标定方法，标定系统包括设置在机器人上的非接触式测量的位移传感器、设置在待建立用户坐标系的工件上且位于位移传感器测量范围内的标定块以及与位移传感器和机器人通信连接的计算机，标定块表面至少包括三个相互垂直的表面。标定方法步骤为：安装布置机器人用户坐标自动标定系统；建立机器人坐标系；机器人执行测量动作，计算机记录位移传感器的测量结果及对应各测量位置的机器人位置与姿态信息；计算机根据测量结果计算标定结果，完成对用户坐标的标定。本发明专利技术标定过程可以在计算机的控制下自动进行，不会产生人为误差，标定精度和效率高；且适用于任何形状的工件的标定。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人用户坐标自动标定系统及其标定方法
本专利技术涉及机器人领域，尤其是涉及一种机器人用户坐标自动标定系统及其标定方法。
技术介绍
机器人在工作过程中，为了更好的完成工作内容，通常会在被操作的工件上建立坐标系，此坐标系称为用户坐标系，其原点位于工件上，而X、Y、Z坐标轴的方向则根据具体需求确定。由于用户坐标系的位置与姿态精度直接影响机器人末端执行器与工件的相对位姿，进而影响机器人对工件执行操作的精度，所以准确的建立机器人用户坐标十分必要。目前，机器人用户坐标多利用尖锥等机械标定工具基于三点法进行标定，例如，在中国专利文献上公开的“一种基于三点标定法的单轴变位机标定方法”，其公告号CN109048887A，包括步骤：步骤1、进行目标标定点的选取，获得单轴变位机的转角均为0°时机器人末端尖锥TCP点运动至位机工作台表面上标定特征点P时相对于机器人基坐标系{B}的位置矢量，以及，单轴变位机旋转轴正、反向转动一定角度后标定特征点P对应的位置矢量和；步骤2、根据所得的三个位置矢量、和进行矩阵关系计算，得到单轴变位机两轴的相对位置关系和它们相对于机器人基坐标系{B}的位姿。但使用传统的三点法标定用户坐标时不仅存在观察误差，且标定效率较低，影响标定的精度和效率。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中传统的三点法标定机器人户坐标时不仅存在观察误差，且标定效率较低，影响标定的精度和效率的问题，提供一种机器人用户坐标自动标定系统及其标定方法，通过机器人带动位移传感器在标定块的三个相互垂直的表面取点测量，然后计算机通过测量数据完成对固结在标定块上原点位于标定块角点且三个坐标轴与标定块棱重合的用户坐标的标定，可以实现自动取点测量，标定精度和效率高。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种机器人用户坐标自动标定系统，其特征是，包括设置在机器人上的非接触式测量的位移传感器、设置在待建立用户坐标系的工件上且位于位移传感器测量范围内的标定块以及与位移传感器和机器人通信连接的计算机，所述标定块表面至少包括三个相互垂直的表面。本专利技术在待建立用户坐标系的工件上设置标定块，标定时通过机器人带动位移传感器在标定块附近移动，并在标定块三个互相垂直的平面上分别取一组包括至少三个测量位点的测量位置，在此过程中计算机可与机器人通讯，控制机器人执行指定动作，读取机器人位置及姿态信息，同时计算机亦能与位移传感器进行通信，获取位移传感器的测量结果，在完成指定测量动作之后，计算机将根据采集到的位移传感器测量信息及机器人位姿信息通过本专利技术提出的机器人用户坐标自动标定方法完成对用户坐标的标定。标定时只需将位移传感器安装在机器人上，将标定块固定在待建立用户坐标系的工件上，然后将计算机分别与机器人和位移传感器建立通信连接，标定过程即可以在计算机的控制下自动进行，不会产生人为误差，标定精度高；且标定用时短，标定效率高。作为优选，机器人为工业机器人，所述工业机器人的末端执行机构上设有安装法兰，所述位移传感器通过传感器安装支架与所述安装法兰连接。位移传感器通过传感器安装支架安装在机器人的安装法兰上，方便传感器拆卸和调整传感器位置。作为优选，传感器安装支架包括两个互相垂直的安装面，截面呈L型，其中一个安装面与安装法兰连接，另一个安装面与位移传感器连接。作为优选，标定块通过磁性、胶粘剂或与待建立用户坐标系的工件上相匹配的安装结构与工件固定连接。本专利技术还公开了一种使用上述自动标定系统的用户坐标标定方法，包括如下步骤：（1）安装布置机器人用户坐标自动标定系统；（2）建立机器人坐标系；（3）机器人执行测量动作，计算机记录位移传感器的测量结果及对应各测量位置的机器人位置与姿态信息：机器人带动位移传感器移动并分别遍历三组测量位置，每组测量位置包括至少三个不共线的测量位点，位移传感器在三组测量位置中的各测量位点时，测量方向分别平行于机器人坐标的Z、Y、X轴；（4）计算机根据测量结果计算标定结果，完成对用户坐标的标定。作为优选，步骤（2）中建立机器人坐标系时，规定机器人底座上带电缆插座的方向为后，机器人坐标系X轴正方向向前，Z轴正方向向上，Y轴正方向通过右手定则确定。作为优选，步骤（4）中计算机先根据步骤（3）测量结果拟合出各组测量位置所在的标定块表面在机器人坐标系下的平面方程，然后对三个平面方程两两求交，可以得到三个平面在空间中相互垂直的三条交线在机器人坐标系下的直线方程，即标定块三个相互垂直表面相交所形成的棱在机器人坐标下的直线方程，从而完成原点位于标定块角点且三个坐标轴与标定块棱重合的用户坐标的标定。作为优选，当每组测量位置中的测量位点个数多于3的时候，采用最小二乘法拟合出平面方程。本专利技术通过安装在待建立用户坐标系的工件上的标定块的三个互相垂直的平面进行用户坐标系的标定，可用于任何形状的工件的标定。标定时位移传感器在标定块三个互相垂直的平面上分别取一组包括至少三个不共线的测量位点的测量位置，计算机根据测量结果得到各组测量位置中的各测量位点在机器人坐标系中的坐标，再根据各坐标分别拟合出三个面的方程，然后再通过两两求交，得到标定块三条互相垂直的棱在机器人坐标下的直线方程，三条直线的交点即为用户坐标系原点，用户坐标系标定完成。使用此方法对用户坐标进行标定，位移传感器可以在机器人的带动下自动取点测量，且取点位置灵活，测量精确且效率高；计算机对平面和拟合以及坐标系的计算精确度高，排除了人为误差，操作便捷，标定结果准确可靠。因此，本专利技术具有如下有益效果：（1）标定过程可以在计算机的控制下自动进行，不会产生人为误差，标定精度和效率高；（2）每组测量位置中的测量位点取点位置灵活随机，降低测量难度，提高测量效率；计算机对平面和拟合以及坐标系的计算精确度高，标定结果准确可靠；（3）用标定块对待标定用户坐标的工件进行标定，适用于任何形状的工件的标定，实用性强。附图说明图1是本专利技术的一种结构示意图；图2是位移传感器的安装示意图；图3是测量第一组测量位置时的机器人位置示意图；图4是测量第二组测量位置时的机器人位置示意图；图5是测量第三组测量位置时的机器人位置示意图。图中：1机器人、101一轴、102二轴、103三轴、104四轴、105五轴、106六轴、2位移传感器、3工件、4标定块、5计算机、6安装法兰、7传感器安装支架、8工作台、9第一测量位点、10第二测量位点、11第三测量位点、12第四测量位点、13第五测量位点、14第六测量位点、15第七测量位点、16第八测量位点、17第九测量位点。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。实施例：如图1所示，一种机器人用户坐标自动标定系统，包括设置在工业机器人1上的非接触式测量的激光位移传感器2、设置在待建立用户坐标系的工件3上且位于激光位移传感器测量范围内的正方体标定块4以及与激光位移传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人用户坐标自动标定系统，其特征是，包括设置在机器人（1）上的非接触式测量的位移传感器（2）、设置在待建立用户坐标系的工件（3）上且位于位移传感器测量范围内的标定块（4）以及与位移传感器和机器人通信连接的计算机（5），所述标定块表面至少包括三个相互垂直的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人用户坐标自动标定系统，其特征是，包括设置在机器人（1）上的非接触式测量的位移传感器（2）、设置在待建立用户坐标系的工件（3）上且位于位移传感器测量范围内的标定块（4）以及与位移传感器和机器人通信连接的计算机（5），所述标定块表面至少包括三个相互垂直的表面。


2.根据权利要求1所述的一种机器人用户坐标自动标定系统，其特征是，所述机器人为工业机器人，所述工业机器人的末端执行机构上设有安装法兰（6），所述位移传感器通过传感器安装支架（7）与所述安装法兰连接。


3.根据权利要求2所述的一种机器人用户坐标自动标定系统，其特征是，所述传感器安装支架包括两个互相垂直的安装面，截面呈L型，其中一个安装面与安装法兰连接，另一个安装面与位移传感器连接。


4.根据权利要求1所述的一种机器人用户坐标自动标定系统，其特征是，所述标定块通过磁性、胶粘剂或与待建立用户坐标系的工件上相匹配的安装结构与工件固定连接。


5.一种使用权利要求1~4任意所述的自动标定系统的用户坐标标定方法，其特征是，包括如下步骤：
（1）安装布置机器人用户坐标自动标定系统；
（2）建立机器人坐标系；
（3）机器人执行测量动作，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正刚，梁帆锋，王一帆，刘翠苹，王庆，
申请(专利权)人：杭州新松机器人自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33