一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法。首先利用设计的一种通用标定块，根据机器人装配平台上不同装配工位的位置和精度要求，确定标定块的数量和布局方案；接着基于视觉方法对标定块位置进行粗定位，进而基于力觉方法获取各标定块上定位孔特征点的实际坐标值，以及与理论坐标的误差值；然后根据目标点的位置选择与其距离最近的m个标定块特征点，通过这些标定块的误差矩阵拟合求得目标点的误差和实际坐标值，即可完成误差自动补偿。与现有技术相比，本发明专利技术实施便捷，精度较高，成本低，易于实现装配系统误差的柔性标定。标定。标定。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法


[0001]本专利技术涉及装配误差标定
，具体涉及到一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法。

技术介绍

[0002]装配是产品制造过程中的一个重要环节，占企业产品制造生命周期的一半以上时间和劳动量。而装配机器人能够在极大程度上提升制造效率，降低生产成本，使企业经济效益达到最大化。但在机器人装配系统中，由于机器人本体误差与装配平台上各装配工位安装误差的存在，导致机器人无法顺利完成装配任务。
[0003]检阅现有的技术文献发现，专利文献1(CN109048876B)公开了一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法，能够对机器人的D
‑
H参数进行全面标定，大幅提高了机器人标定精度，但激光跟踪仪的价格高昂导致标定成本非常高，可推广性较差；专利文献2(CN113084798A)公开了一种基于多工位测量的机器人标定装置，通过标定块实现标定装置在多个工位的测量，但由于该标定装置结构较为复杂，且标定过程中需要多次拆装标定装置，导致标定过程较为复杂；专利文献3(CN113256708A)公开了一种理论3D空间与实际机器人空间的标定方法，将标定块放置在机器人的实际工作区域，通过视觉获取标定块上4个特征点的位置坐标，代入标定运算工具从而得到标定误差，但由于标定块上4个特征点的相对位置固定，无法根据不同装配工位的装配精度要求进行调整，柔性较低；专利文献4(CN111791231B)公开了一种机器人标定系统及二维平面、三维空间运动标定方法，通过对靶标中心位置的实时动态测量，构建机器人当前几何参数名义坐标与测量坐标的误差响应方程，求解误差最小值时所对应的机器人当前几何参数，实现机器人的在线标定，但由于采用“眼在手外”的方式导致标定过程中机器人的运动有时会与靶标所在位置产生干涉，且标定过程涉及多组棱镜和相机坐标系、世界坐标系以及机器人坐标系的坐标转换，从而导致标定效率较低。综上所述，现有标定方法设备价格昂贵，所使用的标定块难以适用于不同装配精度要求的装配场合，并且仅针对机器人本体误差进行标定，未能考虑装配工位误差的影响，存在一定局限性，因此亟需一种实施便捷、标定精度较高，标定装配成本低，且易于实现装配系统误差柔性标定的标定方法。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法，利用所设计的标定块及其布局方案，基于视觉和力觉结合的装置和方法获取特征点的实际坐标值，进而拟合求得目标点的误差和实际坐标值，实现装配系统误差的柔性标定，本专利技术实施便捷，精度较高，成本低。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法，该方法具有以下步骤：步骤1.根据装配需求，确定机器人装配平台上待装配的所有工位，即目标点A共计
N
A
个，其第i个目标点A
i
的理论位置坐标计为A
iT
(X
iT
，Y
iT
，Z
iT
)，同时根据各目标点的位置和装配精度要求，确定整个装配平台上需布局的标定块B的数量N
B
及其位置，利用标定块的定位基准面在相应位置安装好标定块，并将第j个标定块B
j
上的特征点C
j
的理论位置坐标计为C
jT
(X
jT
，Y
jT
，Z
jT
)；步骤2.参考各标定块B
j
特征点的理论位置坐标C
jT
，首先基于视觉方法对其实际位置进行粗定位，进而基于力觉方法对其实际位置进行精确定位，获取标定块上特征点C
j
的实际位置坐标C
jR
(X
jR
，Y
jR
，Z
jR
)；步骤3.根据目标点A
i
的理论位置坐标，选择与其距离最近的m个标定块特征点，建立特征点理论位置坐标与实际位置坐标之间的误差矩阵模型C
T
＝D
i
·
C
R
，通过该误差矩阵模型拟合预测目标点A
i
的误差，进而得到目标点A
i
的实际坐标值A
iR
(X
iR
，Y
iR
，Z
iR
)，对该装配平台上的所有目标点执行上述操作，即可实现误差自动补偿。
[0007]所述装置包括视觉系统、力觉系统、工业机器人和标定块，其中，视觉系统包括转接部件、工业相机、相机固定架、高度调节板、光源固定架、光源；力觉系统包括定位销、定位销固定架、工装支撑板、快换、力传感器固定板、六维力传感器、末端转接板；视觉系统与力觉系统的结合是将转接部件与末端转接板通过螺栓进行连接，且工业相机的光轴与六维力传感器的轴线平行，结合后的视觉与力觉系统通过末端转接板与工业机器人的法兰盘连接，标定块根据实际需求布置在装配工位上。
[0008]所述视觉系统中，光源通过螺栓与光源固定架连接，工业相机通过螺栓与相机固定架连接，高度调节板带有两个细长孔，细长孔通过第一螺栓螺母与相机固定架连接，进而通过调整第一螺栓螺母在两个细长孔上的位置实现相机高度的调节；转接部件带有双排阵列螺纹孔，细长孔通过第二螺栓螺母与转接部件上的螺纹孔连接，进而通过调整第二螺栓螺母在双排阵列螺纹孔上的位置实现光源和相机高度的统一调节；工业相机位于光源的正上方，相机光轴与光源轴线同轴，且光源不会遮挡相机成像视野。
[0009]所述力觉系统中，各部件连接顺序为：定位销、定位销固定架、工装支撑板、快换连接、力传感器固定板、六维力传感器、末端转接板；定位销固定架的底部带有柱形沉孔，定位销与沉孔之间为销孔配合，定位销顶部沿着轴线方向设有螺纹孔，通过螺栓与螺纹孔装配使得定位销与定位销固定架之间为刚性联接。
[0010]进一步地，所述步骤1中的标定块B包含一个定位孔和两个定位基准面，其中定位孔是在标定块上沿高度方向开设的一个柱形沉孔，其孔底的圆心O即为该标定块的特征点C；定位基准面是标定块上两个相邻且互相垂直的侧面α和β，定位孔轴线相对于两个基准面的位置度公差δ设为相同，定位孔与定位销采用基孔制配合。
[0011]进一步地，所述步骤1中标定块B的数量及位置应根据所有目标点A的位置和装配精度要求来综合确定，对于装配精度要求高的目标点附近应设立至少1个标定块，装配平台中标定块B的总数量应满足N
B
≥3，且要求所有标定块的特征点不能全部在同一直线上，各特征点应分别靠近不同目标点的位置，且要求所布置的标定块不与工件、夹具以及机器人运动轨迹产生干涉。
[0012]进一步地，所述步骤2中的视觉粗定位方法是指选用中等精度的工业相机，控制其采集相应标定块的图像，利用标定块的几何和表面纹理信息初步定位其在装配平台上的位置，接着利用定位孔的边缘轮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法，其特征在于：具有如下步骤：步骤1.根据装配需求，确定机器人装配平台上待装配的所有工位，即目标点A共计N
A
个，其第i个目标点A
i
的理论位置坐标计为A
iT
(X
iT
，Y
iT
，Z
iT
)，同时根据各目标点的位置和装配精度要求，确定整个装配平台上需布局的标定块B的数量N
B
及其位置，利用标定块的定位基准面在相应位置安装好标定块，并将第j个标定块B
j
上的特征点C
j
的理论位置坐标计为C
jT
(X
jT
，Y
jT
，Z
jT
)；步骤2.参考各标定块B
j
特征点的理论位置坐标C
jT
，首先基于视觉方法对其实际位置进行粗定位，进而基于力觉方法对其实际位置进行精确定位，获取标定块上特征点C
j
的实际位置坐标C
jR
(X
jR
，Y
jR
，Z
jR
)；步骤3.根据目标点A
i
的理论位置坐标，选择与其距离最近的m个标定块特征点，建立特征点理论位置坐标与实际位置坐标之间的误差矩阵模型C
T
＝D
i
·
C
R
，通过该误差矩阵模型拟合预测目标点A
i
的误差，进而得到目标点A
i
的实际坐标值A
iR
(X
iR
，Y
iR
，Z
iR
)，对该装配平台上的所有目标点执行上述操作，即可实现误差自动补偿。2.根据权利要求1所述的一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法，其特征在于，所述补偿装置包括视觉系统(I)、力觉系统(II)、工业机器人(III)和标定块(B)，其中，视觉系统(I)包括转接部件(1)、工业相机(2)、相机固定架(3)、高度调节板(4)、光源固定架(5)、光源(6)；力觉系统(II)包括定位销(7)、定位销固定架(8)、工装支撑板(9)、快换(10)、力传感器固定板(11)、六维力传感器(12)、末端转接板(13)；视觉系统(I)与力觉系统(II)的结合是将转接部件(1)与末端转接板(13)通过螺栓进行连接，且工业相机(2)的光轴与六维力传感器(12)的轴线平行，结合后的视觉与力觉系统通过末端转接板(13)与工业机器人(III)的法兰盘连接，标定块(B)根据实际需求布置在装配工位上。3.根据权利要求2所述的一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法，其特征在于：所述视觉系统(I)中，光源(6)通过螺栓与光源固定架(5)连接，工业相机(2)通过螺栓与相机固定架(3)连接，高度调节板(4)带有两个细长孔(4
‑
1)，细长孔通过第一螺栓螺母与相机固定架(3)连接，进而通过调整第一螺栓螺母在两个细长孔上的位置实现相机高度的调节；转接部件(1)带有双排阵列螺纹孔(1
‑
1)，细长孔通过第二螺栓螺母与转接部件(1)上的螺纹孔连接，进而通过调整第二螺栓螺母在双排阵列螺纹孔(1
‑
1)上的位置实现光源和相机高度的统一调节；工业相机(2)位于光源(6)的正上方，相机光轴与光源轴线同轴，且光源不会遮挡相机成像视野；所述力觉系统(II)中，各部件连接顺序为：定位销(7)、定位销固定架(8)、工装支撑板(9)、快换(10)连接、力传感器固定板(11)、六维力传感器(12)、末端转接板(13)；定位销固定架(8)的底部带有柱形沉孔(8
‑
1)，定位销(7)与沉孔之间为销孔配合，定位销(7)顶部沿着轴线方向设有螺纹孔，通过螺栓与螺纹孔装配使得定位销(7)与定位销固定架(8)之间为刚性联接。4.根据权利要求1所述的一种机器人装配系统误差自动标定与补偿装置及方法，其特征在于：所述步骤1中的标定块B包含一个定位孔(15)和两个定位基准面(16)，其中定位孔(15)是在标定块上沿高度方向开设的一个柱形沉孔，其孔底的圆心O即为该标定块的特征点C；定位基准面(16)是标定块上两个相邻且互相垂直的侧面α和B，定位孔轴线相对于两个
基准面的位置度公...

【专利技术属性】
技术研发人员：王禹林，黄登辉，查文彬，杨小龙，郭茂林，赵铭心，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：