用于对机器人应用进行校准和编程的方法技术

一种用于对机器人应用进行编程的方法，该机器人应用包括：一个具有机器人坐标系的工业机器人，一个具有刀具坐标系的刀具以及一个由刀具加工的工件（３）。该应用通过适于相对于测量坐标系（ｄｂ）测量位置的位置测量单元（１５）进行编程。该编程方法包括：在工件上选择一个工件参照结构（２５），定义工件参照结构的数学模型，定义一个工件坐标系（ｏ２），由位置测量单元在工件参照结构的表面上进行测量，通过该测量值和工件参照结构的数学模型之间的最优拟合，定义相对于测量坐标系（ｄｂ）的工件坐标系。

Method for calibration and programming of robot applications

A method for programming of robot application, including the application of robot: an industrial robot robot coordinate system, a tool having a tool coordinate system and a workpiece processed by the tool (3). The application is programmed by a position measuring unit (15) adapted to measure position relative to a measuring coordinate system (DB). Including the programming method: choose a workpiece on a workpiece reference structure (25), according to the definition of workpiece structure of the mathematical model, the definition of a workpiece coordinate system (O2), a position measuring unit in workpiece reference measurement structure on the surface of the measured value and the workpiece by reference to the best fit between the mathematical model of the structure the definition of relative to the coordinate system of the workpiece coordinate system (DB).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对具有机器人坐标系的工业机器人进行编程的方法，尤其涉及到一种通过适于相对于测量坐标系测量位置的位置测量单元进行编程的应用。本专利技术用于包括一个具有刀具坐标系的刀具以及一个由刀具加工的工件的应用。本专利技术尤其用于需要高精度的应用——例如修补、去毛边(debarrng)、铣、锯、磨和钻等各种加工应用。该应用在例如电弧焊、水喷射切割、激光切割、胶合和组装应用中是有用的。
技术介绍
机器人程序包括许多控制机器人运动的程序指令。机器人程序的产生包括在程序执行过程中定义由机器人遵循的路径的位置和方向的第一步骤，以及基于路径的定义位置和方向生成程序指令的下一步骤。在编程过程中定义的位置和方向包括运行机器人程序时希望刀具获得的相对于工件的位置和方向。机器人应用是使用工业机器人完成工作的一种应用。机器人经常用于包括加工工件表面的应用中。现有为机器人编程的方法包括在线教导机器人一系列位置和方向。位置和方向定义了机器人在加工工件时应遵循的机器人路径。通过在编程过程中沿着期望路径引导刀具通过多个位置和方向教导机器人如何完成一个任务。然后基于特定位置生成机器人程序。然而，通过教导对机器人编程是费时的，特别是如果工件具有复杂的几何形状时。应用的精度主要受到机器人结构的可重复性以及能够将刀具移动和转动到期望的位置和方向的精度限制。在如机加工、激光切割、激光焊接等许多高精度应用中，机器人的可重复性足够好但肉眼难以找到刀具的正确位置和方向。而且，即使有很长编程经验的机器人编程者要想达到需要的精度，也需花费大量的时间。长的编程时间的问题也使得在单元中几何形状改变后或者机器人更换后将程序复制到另一机器人上以及对机器人单元重新编程非常昂贵。高级计算机编程语言以及CAD/CAM的应用已经使得为更加复杂的应用进行离线机器人编程更可行。为了使得离线编程可行，需要准确知道单元的几何形状以及机器人。工件坐标系以及刀具坐标系相对于机器人基座坐标系必须以高精度知悉。因此，对于使用机器人离线编程，单元、工件、刀具以及机器人的校准一直是关键问题。通用机器人的精度是在5到15mm之间，通过机器人控制器中的软件对机器人运动误差的识别以及对这些误差的补偿可将机器人精度提高到0.5到1mm之间。然而，这种机器人校准技术价格昂贵并且很难用在机器人单元中，并且工件和刀具坐标系统仍必须校准。而且，这种运动误差补偿方法对于高精度应用不够好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种快速、容易的编程方法，该方法提供了机器人应用中的高精度。该目的通过一种方法实现，该方法包括选择工件上的或相对于工件固定的工件参照结构，工件参照结构具有至少一个表面，定义用于工件参照结构的数学模型，定义相对于工件参照结构固定的工件坐标系，在工件参照结构的所述至少一个表面上进行测量，该测量由位置测量单元完成并且相对于测量坐标系提供，借助于由位置测量单元完成的所述测量值与工件参照结构的所述数学模型之间的最优拟合确定相对于测量坐标系的工件坐标系，借助于位置测量单元测量工件上的一个期望机器人路径上的多个位置，根据机器人路径的所述测量位置以及所确定的工件坐标系，确定机器人路径在工件坐标系中的位置，确定工件坐标系与机器人坐标系之间的关系，确定刀具坐标系与机器人坐标系之间的关系，以及根据在工件坐标系中的机器人路径的所述位置、工件坐标系与机器人坐标系之间的所述关系以及刀具坐标系与机器人坐标系之间的所述关系而对机器人路径进行编程。对机器人路径编程意味着生成用于移动机器人的程序指令，从而当运行机器人程序时刀具获得相对于工件的位置和方向。机器人坐标系可以是相对于机器人定义的任一坐标系。通常，置于机器人基座上的机器人坐标系用作机器人的参照坐标系。因此，所述基座坐标系优选地用作机器人坐标系。根据本专利技术的方法是一种借助于例如数字化仪的位置测量单元对机器人进行离线编程的方法。数字化仪用于相对于工件坐标系确定工件上的机器人路径的位置和方向。机器人的离线编程比在线编程更快和更容易。用数字化仪进行离线编程的问题在于由数字化仪教导的刀具的位置和方向和在机器人上运行的刀具的位置和方向之间可能存在偏差。为了克服这个问题，根据本专利技术的编程方法包括利用位置测量单元在工件参照结构上完成测量的校准步骤，该工件参照结构具有相对于工件参照结构固定工件坐标系。如果工件具有良好形成的表面，参照结构可在工件上选定，否则就在工件上安装具有良好形成的表面的参照结构。根据本专利技术的方法结合了离线编程的优点和引导编程(lead throughprogramming)的精度。而且该方法解决了人操纵刀具的有限精度的问题，并且由于在编程和校准过程中机器人不需要工作，使得编程彻底安全了。为了使这成为可能，位置测量单元以如下方式既用于编程又用于校准机器人精度不取决于单元总体的运动和几何形状误差，而只是取决于差分的运动和几何形状误差。原则上，对于校准和编程使用位置差而不是绝对位置。根据本专利技术的一个实施例，所述工件参照结构是三维的，并且具有至少三个非平行表面，而在工件参照结构的所述至少三个表面上进行测量。通过三维参照结构，可以使用数字化仪校准相对于工件坐标系的编程路径姿态(运行机器人程序时希望刀具获得的位置和方向)，然后使用以工件坐标系表示的编程路径姿态为机器人编程。根据本专利技术的一个实施例，所述工件参照结构是板、立方体、圆锥体或圆柱体中的任一个。这样的结构易于制造并且容易在其上测量。根据本专利技术的一个实施例，所述选择的工件参照结构位于所述机器人路径的附近。因此，改善了校准并且实现了较高精度的编程。根据本专利技术的一个实施例，工件坐标系与机器人坐标系之间的关系包括在工件参照结构的至少一个表面上完成测量，或者在工件上的或者相对于该工件固定的参照结构的至少一个表面上完成测量，其中测量借助于长条状的探针完成，并且在测量过程中探针相对于表面的倾斜度基本上与刀具相对于机器人路径上的工件的倾斜度相同。如果与坐标系校准过程中采用的编程姿态相比，编程姿态具有另一刀具方向，则机器人运动过程中的误差会出现位置和方向误差。通过校准过程中探针具有的倾斜度——该倾斜度在加工工件的过程中与刀具倾斜度大致相同，提高了校准的精确度因而实现了编程的较高精度。根据本专利技术的一个实施例，工件坐标系与机器人坐标系之间的关系的确定包括在工件参照结构的所述表面上完成测量，该测量通过机器人来完成并且相对于机器人坐标系来提供，以及借助于由机器人完成的所述测量值和工件参照结构的所述数学模型之间的最优拟合，确定相对于机器人坐标系的工件坐标系。在这个实施例中，通过机器人在相同的工件参照结构上完成测量——该测量作为用位置测量单元完成的测量，确定工件坐标系与机器人坐标系之间的关系。因此，可以容易地自动进行校准。不需要必须校准的其它参照结构或探针。优选地，一个机器人程序根据由位置测量单元完成的对工件参照结构的所述测量自动生成，该程序用于在工件参照结构上由机器人完成所述测量。因此，可以容易并快速地进行校准。根据本专利技术的一个实施例，根据在工件参照结构上由位置测量单元完成的所述测量，计算工件参照结构的所述表面的法向，并且当进行所述测量时，机器人从所述计算的方向朝表面移动。因此，机器人将知道朝工件表面移动的正确方向。根据本专利技术的另一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对具有一个机器人坐标系的工业机器人进行编程的方法，用于一种应用，该应用包括一个具有一个刀具坐标系的刀具以及一个将由该刀具加工的工件，其中通过一个适于相对于一个测量坐标系测量位置的位置测量单元对该应用进行编程，其中该方法包括： 选择一个工件上的或相对于该工件固定的工件参照结构，该工件参照结构具有至少一个表面，定义一个用于该工件参照结构的数学模型，定义一个相对于该工件参照结构固定的工件坐标系，在该工件参照结构的所述至少一个表面上进行测量，该测 量由该位置测量单元完成并且相对于该测量坐标系提供，借助于由该位置测量单元完成的所述测量值与该工件参照结构的所述数学模型之间的最优拟合确定相对于该测量坐标系的工件坐标系，借助于该位置测量单元在该工件上的一个期望机器人路径上测量 多个位置，根据该机器人路径的所述测量位置以及所述定义的工件坐标系，确定该机器人路径在该工件坐标系中的位置，确定该工件坐标系与该机器人坐标系之间的关系，确定该刀具坐标系与该机器人坐标系之间的关系，以及根据该机器 人路径在该工件坐标系中的所述位置、该工件坐标系与该机器人坐标系之间的所述关系以及该刀具坐标系与该机器人坐标系之间的所述关系而对机器人路径编程。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里罗萨诺，汤青，李雄姿，孙云权，甘中学，托里尼布罗加德，哈坎布兰特马克，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]