本发明专利技术涉及一种用于标定工业机器人系统的方法和设备，该工业机器人系统包括至少一个机器人（１）和定位器（２），机器人具有机器人坐标系（ｘｒ１、ｙｒ１、ｚｒ１），而定位器具有定位器坐标系（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）并适于通过使工件绕旋转轴线旋转而改变工件的定向并保持工件。相对于物体坐标系（ｘｏ１、ｙｏ１、ｚｏ１）编程用于机器人的目标点。该设备包括机器人控制器（３）、布置在定位器上的至少三个标定物体（２４ａ－ｃ）和由机器人保持的标定工具（２６）。标定物体的位置在物体坐标系中是已知的。机器人控制器构造成：相对于机器人坐标系确定标定物体的位置；确定对应于定位器的旋转轴线的至少三个不同角度的、所述标定物体中的第一标定物体（２４ａ）和第二标定物体（２４ｃ）的位置；基于对应于轴线的三个角度的、第一和第二标定物体的已确定的位置，在第一机器人坐标系中确定定位器的旋转轴线的方向；并且通过执行标定物体的已知位置与已确定的位置之间的最佳拟合来确定第一物体坐标系与定位器坐标系之间的关系。
【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标定工业机器人系统的方法和设备，该工业机器人系统包括至少一个机器人，其具有第一机器人坐标系并构造成加工工件；以及定位器，其适于在机器人加工工件的同时保持工件并通过使工件绕旋转轴旋转而改变工件的定向。
技术介绍
工业机器人是在许多不同工业应用中用于很多种操作的高度灵活性的设施。机器人被编程以遵循包括多个目标点的路径。机器人程序包括限定编程路径的目标点的位置。 用以编程机器人的常规方法是通过将机器人的TCP (工具中心点)沿路径手动运动到目标点，并存储对应于每个目标点的机器人位置来向机器人教导路径。针对于每个机器人工具限定TCP。在基本机器人系统中，目标点的位置相对于机器人坐标系编程。但是，如果机器人不得不更换，则新的机器人必须放置在与初始机器人确切相同的位置中，或者新的机器人必须进行再编程。通过相对于关于固定器限定的局部坐标系限定路径一该固定器保持将由机器人加工的工件，只要能够相对于机器人坐标系限定固定器坐标系，则路径相对于工件的精确度将不取决于机器人相对于固定器的位置。固定器坐标系可由三个参考点限定。参考点可通过将机器人的TCP，工具中心点，手动慢移到每一个参考点来限定。在弧焊机器人的情况下，TCP限定为焊条端头。代替将TCP手动慢移到参考点的是，其经常限定为自动搜索的结果。在弧焊机器人的情况下，常用搜索方法是在焊条端头与工件之间设置电压。随着TCP向工件内插，当发现电流从焊枪端头流到工件时，检测到实体接触。当检测到接触时，机器人停止。另一种搜索方法以与上述例子中相同的方式使用电接触，但是不是以焊枪焊条端头触碰工件，而是使附接到焊枪上的工具球与固定在工件或固定器上的多个工具球接触。通过向固定的工具球执行几个搜索，测量到附接到焊枪上的球触碰固定的球的多个位置，由此能够计算固定的工具球的中心。例如在弧焊中，普遍的是将保持工件的固定器以一个或多个自由度安装在定位器上，以实现以最佳焊接角度接近工件。在机器人加工工件的同时，定位器适于通过绕一个或多个轴线旋转工件而改变工件的定向。典型的定位器包括马达、齿轮箱、旋转盘和适于固定地保持一个或多个工件的固定器。固定器与旋转盘牢固地连接，并绕由马达致动的旋转轴可旋转。这种情况下，相对于关于定位器的旋转盘限定的物体坐标系编程机器人路径上的目标点。如果由于某种原因不得不更换机器人或定位器，则必需重新标定机器人相对于定位器的位置，以便能够使用同一机器人程序，而不必调整目标点。另外，如果定位器具有两个或更多工位---每个工位具有其自身固定器，并且机器人在每个工位上正执行相同的任务，则能够通过标定用于每个工位的独一的坐标系来在所有工位处使用相同的机器人程序。机器人的编程是一个耗时的过程，并且在编程和教导过程期间使用机器人的常规方法占用了生产设施并推迟了生产的开始。为了节省时间并加快生产的开始，所希望的是离线编程机器人。通常地，这通过由离线编程工具进行的图形模拟来进行。编程工具包含用于基于图形模型一例如CAD模型一产生机器人、定位器和机器人单元中的作业物体的图形3D表示体的图形部件。编程工具还包含用于教导路径的目标点的图形装置。图形模拟提供一种用于编程和形象化工业机器人的自然和容易的方法。在包括机器人和定位器的机器人系统的离线编程期间，目标点的位置相对于标称物体坐标系被限定，该标称物体坐标系进而相对于标称定位器坐标系被限定，该标称定位器坐标系进而相对于机器人的基础坐标系被限定。标称坐标系是由离线编程系统的图形布局限定的理想坐标系。一般地，定位器坐标系相对于定位器的旋转盘被限定，使得定位器坐标系的原点定位在旋转盘处，定位器坐标系的ζ轴限定为定位器的旋转轴线，而χ轴和y轴平行于旋转盘的表面。传统地，机器人的基础坐标系定位在机器人的基部中，其中ζ轴与机器人的第一旋转轴线对准。当完成离线编程时，将包括目标位置的程序传输到机器人的控制系统。但是，由于在离线环境中机器人、定位器和物体之间的位置关系可能会偏离真实机器人单元中的机器人、定位器和物体之间的实际位置关系，因此由离线编程系统制定的机器人程序不能直接用于操作真实机器人单元中的机器人。另外，必须确定真实机器人的基础坐标系与真实定位器的坐标系之间的关系。现今，通过在定位器的旋转盘上设定参考点、为机器人提供呈尖锐端头形式的标定工具、旋转定位器的轴线使得参考点旋转到至少三个不同角度、手动运动机器人使得标定工具的端头在轴线的三个不同角度处与所设定的参考点接触、并在机器人的基础坐标系中确定对应于三个角度的参考点的位置，来确定机器人的基础坐标系与定位器的坐标系之间的关系。已确定的位置形成圆，并且圆的中心点是定位器坐标系的原点。圆的平面是坐标系的xy平面。与xy平面垂直的方向确定为定位器的旋转轴线的方向，并因此为坐标系的 ζ轴。该方法的问题在于标定的精确度取决于运动机器人使得标定端头正确地指着标定点的机器人操作者的技能。如果参考点没有在旋转盘处的确切相同点中被测量，则圆的平面将不完全平行于旋转盘的平面。由于旋转盘的半径远小于至轴线的另一个固定点的距离， 因此参考点的位置的小误差将引起Z轴中的角误差，这会导致标定的大的位置误差。在一些应用中，普遍的是具有在由相同定位器保持并绕相同的一个或多个轴线旋转的一个或多个工件上作业的两个或更多机器人。机器人可在相同工件上执行不同的加工或者在不同工件上执行平行加工。在其它应用中，还普通的是定位器具有多个工作站以及在每个工作站上作业的两个或更多机器人，其中每个工作站具有一个或多个旋转轴线。定位器绕竖直轴线可旋转，使得工作站在机器人之间运动。在包括两个或更多机器人以及具有一个或多个工作站的定位器的机器人系统中，机器人系统的标定变得非常复杂和耗时。 例如，必需确定用于机器人的基础坐标系之间的关系，并确定每个物体坐标系与定位器坐标系之间的关系。 另外，对于许多应用，对工件的加工精确度具有高要求，这也导致对机器人系统的标定精确度的高要求。例如，在焊接应用中，具有对焊接精确度的高要求
技术实现思路
本专利技术的目的是改进包括一个或多个机器人和定位器的工业机器人系统的标定。 特别地，目的是提供一种具有高精确度的标定。根据本专利技术的一个方面，这一目的以权利要求1中限定的方法实现。这种方法包括-限定用于所述定位器的定位器坐标系，其中所述定位器的旋转轴线是所述定位器坐标系的轴线中的一个，-为所述定位器提供至少三个标定物体，所述标定物体的位置在所述第一物体坐标系中是已知的，-为所述机器人提供标定工具，-借助所述机器人和所述标定工具相对于所述第一机器人坐标系确定所述标定物体中的至少三个标定物体的位置，-绕所述定位器的旋转轴线旋转所述定位器，-借助所述机器人和所述标定工具确定所述标定物体中的第一标定物体的、对应于所述旋转轴线的至少三个不同角度的位置，-确定所述标定物体中的第二标定物体的、对应于所述轴线的至少三个不同角度的位置，所述第二标定物体沿所述定位器的旋转轴线以离所述第一标定物体一定距离的方式定位，-基于所述第一标定物体和所述第二标定物体的、对应于所述轴线的至少三个不同角度的已确定的位置，在所述第一机器人坐标系中确定所述定位器的旋转轴线的方向，-将相对于所述第一机器人坐标系确定的所述至少三个标定物体的位置和相对于所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于标定工业机器人系统的方法，所述工业机器人系统包括：至少一个机器人（１；１ａ－ｃ），所述机器人具有第一机器人坐标系（ｘｒ１、ｙｒ１、ｚｒ１）并构造成用于加工工件，以及定位器（２；３０），所述定位器适于在所述机器人加工所述工件的同时保持所述工件并通过使所述工件绕旋转轴线旋转而改变所述工件的定向，并且，用于所述机器人的目标点相对于第一物体坐标系（ｘｏ１、ｙｏ１、ｚｏ１）被编程，其中，所述方法包括：限定用于所述定位器的定位器坐标系（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ），在所述定位器坐标系（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）中，所述旋转轴线是所述定位器坐标系的轴线中的一个，为所述定位器提供至少三个标定物体（２４ａ－ｅ；３６ａ－ｅ），所述标定物体的位置在所述第一物体坐标系中是已知的，为所述机器人提供标定工具（２６），借助所述机器人和所述标定工具相对于所述第一机器人坐标系确定所述标定物体中的至少三个标定物体的位置，绕所述定位器的旋转轴线旋转所述定位器，借助所述机器人和所述标定工具确定所述标定物体中的第一标定物体（２４ａ）的、对应于所述旋转轴线的至少三个不同角度的位置，确定所述标定物体中的第二标定物体（２４ｂ）的、对应于所述轴线的至少三个不同角度的位置，所述第二标定物体沿所述定位器的旋转轴线定位在离所述第一标定物体一定距离处，基于所述第一标定物体和所述第二标定物体的、对应于所述轴线的至少三个不同角度的已确定的位置，在所述第一机器人坐标系中确定所述定位器的旋转轴线的方向，将相对于所述第一机器人坐标系确定的所述至少三个标定物体的位置和相对于所述第一物体坐标系已知的所述至少三个标定物体的位置转换到公共坐标系中，以及通过在所述公共坐标系中执行所述至少三个标定物体的已知位置与已确定的位置之间的最佳拟合来确定所述第一物体坐标系与所述定位器坐标系之间的关系。...
【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：比约恩·安德松，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：SE
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