工业机器人的基座坐标系的校准制造技术

本发明专利技术涉及一种用于工业机器人（1）的基座坐标系关于工作区域校准的方法，所述机器人具有基座部（6）和能够相对于所述基座部在至少四个自由度上运动的机器人腕部接口，所述方法包括：将所述运动耦合装置的第一部件（14）安装在所述机器人的所述机器人腕部接口（11）上，所述运动耦合装置在与所述机器人相同数目的自由度上受到约束；将所述运动耦合装置的第二部件（16）安装在所述工作区域中；将包括所述基座部的所述机器人移动至所述工作区域；将所述机器人设定在顺应控制模式下；移动所述运动耦合装置的所述第一部件以与所述第二部件配合；存储所述运动耦合装置的配合过程中的所述机器人的轴线位置；基于所存储的轴线位置和所述机器人的运动学模型来确定所述基座部的位置和定向，并且基于所确定的所述基座部的位置和定向来校准所述机器人的基座坐标系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于机器人的基座坐标系关于工作区域校准的方法。本专利技术还涉及用于机器人的基座坐标系的校准的运动耦合装置。
技术介绍
本专利技术对于便携式机器人的校准来说是特别有用的。其中，便携式机器人指的是其自身可运动或者可通过例如转向台车等其它装置运动的机器人。工作区域是机器人开展工作的地方，例如，机器人单元。例如，工作区域包括机器人在上面开展工作的工作对象和/或工作站。 机器人包括基座部和多个可以相对于基座部运动的部分。基座坐标系限定成与基座部成固定关系。在基座坐标系的校准期间，相对于工作区域确定基座坐标系的位置和定向以及相应的基座部的位置和定向。通常的情况是，特别是在较小的企业中，负担不起机器人的自动操作，因为机器人不能够如人类工作者一样在不同的机器之间移动。有些时候，可以将机器人安装成悬挂在直线导轨上或站立在地面安装的导轨上，但是这种解决方案昂贵并且会很难装设在车间里。在这种情况下，确切需要的是易于在不同的机器人单元之间移动并且在机器人的移动之后实现生产运行所需的时间非常短的低成本便携式机器人。这种机器人解决方案的另一应用是在大型工作对象的情况下，在这种情况下机器人必须在工作对象的不同部分之间移动。在不同的工作区域之间移动机器人的问题是每次将机器人移动至工作区域以后，必须以高精确度确定机器人相对于工作区域的位置和定向。到目前为止所给出的具有专门的对接机构、对接传感器甚至导航系统的用以解决该问题的原理过于复杂。当使用包括安全传感器、高精度对接机构、对接传感器等的过于复杂的平台时还存在成本问题。便携式机器人还未被引进的最重要的原因是到目前为止所给出的原理未解决如何缩短机器人的对接和机器人程序的执行之间的时间的问题。在机器人的装设和机器人单元的试运行中的基本问题是机器人与待通过机器人处理的工件的关系的识别。假定机器人在工件上进行工作并且该工件定位在机器人的工作范围内。工件识别的原因是在工件中的限定局部坐标系，该局部坐标系能够用于对在工件上进行工作的机器人编程。W02009132703公开了一种用于相对于机器人坐标系校准局部坐标系的方法。球形件安装在机器人上并且至少3个配合目标物安装在局部对象上。每个配合目标物包括两个或三个不平行的平面表面，所述平面表面布置成用以容纳球形件，使得球形件与所述表面接触。通过移动机器人来使球形件顺序地与所述三个目标物配对，可以相对于机器人坐标系计算出局部坐标系。例如，力控制可以用于实现配对。该方法很难用于可动平台上的机器人的基座坐标系的校准，原因如下当机器人已经呈新姿势时，难以调节机器人校准程序以使球形件与三个目标物配合，因为它们分散在机器人单元中；机器人移动之后，存在很大的风险，机器人将不能够触及所有的三个目标物；因为目标物之间需要相当大的距离，因此机器人的不准确性始终会降低校准质量；每次配合时，机器人工具能够具有任何定向，这在用于基座坐标系的校准时进一步降低了方法的准确度；通过引导是最直观的方法，使用通过引导实现配合，难以或者有时无法将球形件移动至三个目标物。对于便携式机器人来说，W02009132703中的方法很难使用并且实际上不是为机器人基座坐标系的校准而开发的，而是为工作对象或固定装置的校准而开发的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供对便携式机器人的基座坐标系的快速且准确的校准。根据本专利技术的一个方面，通过权利要求I中限定的运动耦合装置实现该目的。所述运动耦合装置包括能够相对于彼此运动的第一部件和第二部件，其中，所述第一部件和第二部件中的一个部件设计成由所述机器人携带且另一个部件设计成定位在所述机器人的所述工作区域中，并且，所述第一部件和第二部件中的一个部件设置有第一凸形表面且另一个部件设置有凹入部，所述凹入部设计成用以容纳所述第一凸形表面，并 且所述凹入部包括不平行的三个平面表面，所述三个平面表面设计成在所述机器人的校准过程中同时地与所述第一凸形表面接触，所述第一部件和第二部件中的一个部件包括第二凸形表面且另一个部件包括第四平面表面，所述第四平面表面设计成在所述机器人的校准过程中在所述第一凸形表面与所述三个平面表面接触的同时与所述第二凸形表面接触。所述部件中的一个布置成固定在工作区域中而另一个安装在机器人上，优选地安装在机器人的腕部上。当耦合装置配合时，第一凸形表面与所述多个平面表面具有三个接触点并且第二凸形表面与第四平面表面具有一个接触点，这形成了总共四个接触点，这四个接触点在四个自由度上约束所述部件。因此，第一部件和第二部件设计成使得当它们彼此配合时这些部件在四个自由度上彼此锁定。为了明确地限定机器人的唯一的位置和定向，运动耦合装置应该在与机器人的自由度数目相同的自由度上约束耦合装置的相配合部件。上述运动耦合装置在四个自由度上锁定机器人，因此适于校准可以在四个自由度上运动的机器人。使用运动耦合装置的优点在于，定位在机器人上的耦合装置的部件仅必须与定位在工作区域中的耦合装置的另一部件配合一次，以确定机器人基座坐标系关于工作区域的具有与机器人相同的自由度的位置和定向。这使得校准快且容易。上述特定运动耦合装置的另一优点在于，能够在每一步中以适当限定的运动逐步地实现配合。当在配合期间使用力控制或顺应控制时，这是特别重要的。顺应控制能够用于通过机器人程序(可选地包括搜索策略)控制的自动配合或用于采用对机器人工具的通过引导的手动配合。由于仅在一个机器人姿势下进行配合，因此整体运动误差(global kinematic errors)将不影响校准,仅小范围内的相对运动误差(对应于机器人的放置差异)重要。还应当指出，易于在单元中找到用于运动耦合装置的位置，使得机器人能够触及该位置并且使得在进行通过引导校准时操作者能够容易地触及该位置。根据本专利技术的一种实施方式，包括所述第二凸形表面的所述部件还包括第三凸形表面，并且所述第四平面表面设计成在所述机器人的校准过程中在所述第一凸形表面与所述三个平面表面接触的同时，同时地与所述第二凸形表面和所述第三凸形表面接触。根据本专利技术的该实施方式的运动耦合装置在五个自由度上锁定机器人并且相应地适于校准可以在五个自由度上运动的机器人。该运动耦合装置与先前所描述的用于四个自由度的运动耦合装置具有相同的优点。根据本专利技术的一种实施方式，所述第一部件和第二部件中的一个部件包括第四凸形表面、并且另一个部件包括第五平面表面，所述第五平面表面设计成在所述机器人的校准过程中在所述第一凸形表面与所述三个平面表面接触且所述第二凸形表面和所述第三凸形表面与所述第四平面表面接触的同时与所述第四凸形表面接触，并且所述第四表面和所述第五表面不平行。根据本专利技术的该实施方式的运动耦合装置在六个自由度上锁定机器人并且相应地适于校准可以在六个自由度上运动的机器人。该运动耦合装置与先前所描述的用于四个和五个自由度的运动耦合装置具有相同的优点。根据本专利技术的另一方面，通过权利要求4所限定的方法实现该目的。所述机器人具有基座部并能够相对于所述基座部在至少四个自由度上运动，所述方法包括将所述运动耦合装置的第一部件安装在所述机器人的机器人腕部接口上，所述运动耦合装置在与所述机器人相同数目的自由度上受到约束；将所述运动耦合装置的第二部件安装在所述工作区域中；将包括所述基座部的所述机器人移动至所述工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：托里尼·布罗加德，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：