CN103376080B - 一种用于校准机器人工作单元的方法 - Google Patents
一种用于校准机器人工作单元的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的是提供一种用于校准机器人工作单元的方法。这种机器人工作单元包括机器人和工作台。一探头固定于所述机器人的工作端，一平板固定于所述工作台的旋转轴上，所述方法依次包括：步骤1，将所述平板固定并保持水平；步骤2，通过所述探头在所述平板上刻划来对工具中心位置进行校准；步骤3，借助校准后的所述工具中心位置通过所述探头在所述平板上刻划来对工作台位置进行校准。本发明的校准方法简单而经济。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于校准机器人工作单元的方法，尤其涉及一种校准用于喷涂的机器人工作单元的方法。
背景技术
机器人工作单元包括机器人和工作台。为了建立工作轨迹，例如喷涂轨迹，需要先校准工作单元的坐标。目前，通常使用坐标测量机(Coordinate Measuring Machine)来进行校准。中国专利CN86101800公开了一种使用坐标测量仪进行测量的方法。当将坐标测量仪应用在机器人工作单元中时，其过程复杂且成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于校准机器人工作单元的简单而经济的方法。这种机器人工作单元包括机器人和工作台。一探头固定于所述机器人的工作端，一平板固定于所述工作台的旋转轴上，所述方法依次包括：
步骤1：将所述平板固定并保持水平；
步骤2：通过所述探头在所述平板上刻划来对工具中心位置进行校准；
步骤3：借助校准后的所述工具中心位置通过所述探头在所述平板上刻划来对工作台位置进行校准。探头和平板的配合可以省去复杂而昂贵的测量设备，从而降低了成本并提高了效率。
依据本发明方法的一个方面，其中步骤2包括：
步骤21：在水平面上对工具中心位置进行校准；
步骤22：在竖直面上对工具中心位置进行校准。
依据本发明方法的再一方面，其中步骤3依次包括：
步骤31：对工作台的旋转轴进行校准；
步骤32：对工作台的基准平面进行校准。
依据本发明方法的另一方面，其中步骤21依次包括：
步骤211：操纵所述机器人通过所述探头在第一参考位置对所述平板的平面刻划第一标记；
步骤212：将所述探头绕一竖直轴旋转180度，并操纵所述机器人通过所述探头在所述第一参考位置对所述平板的所述平面刻划第二标记；
步骤213：如果所述第一标记和所述第二标记在水平面上重合，则将所述第一参考位置在水平面上的坐标设为所述工具中心位置在水平面上的坐标；如果所述第一标记和所述第二标记在水平面上不重合，则计算所述第一标记和所述第二标记的中点，并将所述中点在水平面上的坐标设为所述工具中心位置在水平面上的坐标。
依据本发明方法的又一方面，其中步骤21还包括：
步骤214：依次重复步骤211、步骤212和步骤213直至所述第一标记和所述第二标记在水平面上重合。依次重复步骤211、步骤212和步骤213有利于减小测量误差。
依据本发明方法的又一方面，其中步骤22依次包括：
步骤221：操纵所述机器人通过所述探头在第二参考位置对所述平板的侧面刻划第三标记；
步骤222：将探头绕一水平轴旋转90度，并操纵所述机器人通过所述探头在所述第二参考位置对所述平板的所述侧面刻划第四标记；
步骤223：如果所述第三标记和所述第四标记在竖直面上重合，则将所述第二参考位置在竖直面上的坐标设为所述工具中心位置在竖直面上的坐标；如果所述第三标记和所述第四标记在竖直面上不重合，则将所述第四标记在竖直面上的坐标设为所述工具中心位置在竖直面上的坐标。
依据本发明方法的又一方面，其中步骤22还包括：
步骤224：如果所述第三标记和所述第四标记在竖直面上不重合，则依次重复步骤221、步骤222和步骤223直至所述第三标记和所述第四标记重合。依次重复步骤221、步骤222和步骤223有利于减小测量误差。
依据本发明方法的又一方面，其中步骤31依次包括：
步骤311：操纵所述机器人通过所述探头在第三参考位置和第四参考位置分别对所述平板的平面刻划第五标记和第六标记；
步骤312：操纵所述工作台使所述平板绕所述工作台的旋转轴旋转180度，并通过所述探头在所述第三参考位置和所述第四参考位置分别对所述平板的平面刻划第七标记和第八标记；
步骤313：计算所述第五标记和所述第七标记的中点，以及所述第六标记和所述第八标记的中点，并根据这两个中点确定所述工作台的旋转轴。
依据本发明方法的又一方面，其中步骤32依次包括：
步骤321：操纵所述机器人通过所述探头在所述平板的第五参考位置对所述平板的侧面刻划第九标记；
步骤322：通过已知的所述平板的所述第五参考位置到工作台的基准平面的距离以及第九标记，确定工作台的基准平面在工作台的所述旋转轴上的位置。
依据本发明方法的又一方面，其中在步骤1中通过调整所述工作台来使所述平板固定保持水平。
下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对用于本发明方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
附图说明
图1示意性地展示了执行本发明步骤211时的机器人工作单元；
图2示意性地展示了执行本发明步骤212时的机器人工作单元；
图3示意性地展示了执行本发明步骤221时的机器人工作单元；
图4示意性地展示了执行本发明步骤222时的机器人工作单元；
图5(A)示意性地展示了执行步骤21时平板3的平面，而图5(B)示意性地展示了执行步骤22时的平板的侧面；
图6示意性地展示了执行步骤3校准工作台位置时的第三参考位置35、第四参考位置33、第五参考位置34、旋转轴21和基准平面22；
图7示意性地展示了执行本发明步骤31和步骤32时的平板3的平面；
图8示意性地展示了本发明方法的流程图；
图9(A)示意性地展示了本发明步骤2所包括的步骤21和步骤22，而9(B)示意性地展示了本发明步骤3所包括的步骤31和步骤32；
图10(A)示意性地展示了本发明步骤21所包括的步骤211、步骤212、步骤213和步骤214，而图10(B)示意性地展示了本发明步骤22所包括的步骤221、步骤222、步骤223和步骤224；
图11(A)示意性地展示了本发明步骤31所包括的步骤311、步骤312和步骤313，而图11(B)示意性地展示了本发明步骤32所包括的步骤321和步骤322。
标号说明
1探头 S1步骤1
2作台 S2步骤2
21旋转轴 S21步骤21
22基准平面 S211步骤211
3平板 S212步骤212
35第三参考位置 S213步骤213
33第四参考位置 S214步骤214
34第五参考位置 S22步骤22
4机器人 S221步骤221
51第一标记 S222步骤222
52第二标记 S223步骤223
53中点 S224步骤224
54第三标记 S3步骤3
55第四标记 S31步骤31
56第五标记 S311步骤311
57第六标记 S312步骤312
58第七标记 S313步骤313
59第八标记 S32步骤32
510、511中点 S321步骤321
D距离 S322步骤322
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部件。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
图8示意性地展示了本发明一种用于校准机器人工作单元的方法，其中机器人工作单元包括图1至4所示的机器人4和工作台2。一探头1固定于机器人4的工作端，而一平板3固定于工作台2的旋转轴21上。该方法依次包括：
步骤1(S1)：将平板3固定并保持水平，其中平板3为具有至少两个平行表面的物体，优选为平行六面体乃至立方体，其各种物理性能满足对坐标进行准确定位的要求。可通过调整工作台2来使平板3固定保持水平，即让该物体的平行表面平行于水平面；
步骤2(S2)：通过探头1在平板3上刻划来对工具中心位置进行校准；
步骤3(S3)：借助校准后的工具中心位置通过探头1在平板3上刻划来对工作台位置进行校准。本领域技术人员将理解，探头1可以为任何一种用于刻划的装置，包括但不限于金属棒等，且其各种物理性能满足对坐标进行准确定位的要求。所谓刻划是指在平板3的表面上作出标记，无论是否会对表面造成破坏。
如图9(A)所示，其中本发明方法步骤2(S2)包括：
步骤21(S21)：在水平面上对工具中心位置进行校准；
步骤22(S22)：在竖直面上对工具中心位置进行校准，其中竖直面是指与水平面垂直的任意一个平面。
如图9(B)所示，其中本发明方法步骤3(S3)包括：
步骤31(S31)：对工作台的旋转轴21进行校准；
步骤32(S32)：对工作台的基准平面22进行校准，其中基准平面是工作台上用于确定工作台在绝对坐标系中位置的平面。
如图10(A)所示，其中本发明方法步骤21(S21)依次包括：
图1所示的步骤211(S211)：操纵机器人4通过探头1在第一参考位置对平板3的平面刻划第一标记51；
图2所示的步骤212(S212)：将探头1绕一竖直轴旋转180度，并操纵机器人4通过探头1在第一参考位置对平板3的平面刻划第二标记52；
步骤213(S213)：对第一标记51和第二标记52在水平面上是否重合进行判断。如果第一标记51和第二标记52在水平面上重合，则将第一参考位置在水平面上的坐标设为工具中心位置在水平面上的坐标；如果第一标记51和第二标记52如图5(A)所示在水平面上不重合，则计算第一标记51和第二标记52的中点53，并将中点53在水平面上的坐标设为工具中心位置在水平面上的坐标。
步骤214(S214)：如果第一标记51和第二标记52在水平面上不重合，依次重复步骤211(S211)、步骤212(S212)和步骤213(S213)直至第一标记51和第二标记52在水平面上重合。其中，第一参考位置是绝对坐标系中的坐标，第一标记51和第二标记52是平板3上的点，而平板3的平面是指平板3的两个水平的平行表面，且第一参考位置的选取要使得第一标记51和第二标记52能够刻划在平板3的平面上。本领域技术人员将理解步骤214(S214)不是必需的，但是步骤214(S214)有利于减小由测量造成的误差。
如图10(B)所示，其中本发明方法步骤22(S22)依次包括：
步骤221(S221)：操纵机器人4通过探头1在第二参考位置对平板3的侧面刻划第三标记54；
步骤222(S222)：将探头1绕一水平轴旋转90度，并操纵机器人4通过探头1在第二参考位置对平板3的侧面刻划第四标记55；
步骤223(S223)：对第三标记54和第四标记55在竖直面上是否重合进行判断。如果第三标记54和第四标记55在竖直面上重合，则将第二参考位置在竖直面上的坐标设为工具中心位置在竖直面上的坐标；如果第三标记(54)和第四标记(55)如图5(B)所示在竖直面上不重合，则将第四标记(55)在竖直面上的坐标设为工具中心位置在竖直面上的坐标。
步骤224(S224)：如果第三标记(54)和第四标记(55)在竖直面上不重合，依次重复步骤221(S221)、步骤222(S222)和步骤223(S223)直至第三标记54和第四标记55在竖直面上重合。其中，第二参考位置是绝对坐标系中的坐标，第三标记54和第四标记55是平板3上的点，而平板3的侧面是指平板3上除水平的平行表面外的其它表面，且第二参考位置的选取要使得第三标记54和第四标记55能够刻划在平板3的侧面上。本领域技术人员将理解步骤224(S224)不是必需的，但是步骤224(S224)有利于减小由测量造成的误差。
图1至4分别标有两个坐标系，每幅图中标在工作台2上的坐标系为同一绝对坐标系，而另一坐标系则为探头1的相对坐标系。所述相对坐标系反映了探头1在绝对坐标系中的位置变化。
如图11(A)所示，其中本发明方法步骤31(S31)依次包括：
步骤311(S311)：操纵机器人4通过探头1在图6所示的第三参考位置35和第四参考位置33分别对平板3的平面刻划图7所示的第五标记56和第六标记57；
步骤312(S312)：操纵工作台2使平板3绕工作台2的旋转轴21旋转180度，并通过探头1在图6所示的第三参考位置35和第四参考位置33分别对平板3的平面刻划图7所示的第七标记58和第八标记59，其中图6展示了当平板3从刻划位置绕旋转轴21转动90度观察时的各个参考位置，而图7展示了当平板3在刻划位置观察时的各个标记及相应的中点；
步骤313(S313)：计算第五标记56和第七标记58的中点510，以及第六标记57和第八标记59的中点511，并根据这两个中点510和511确定工作台2的旋转轴21。其中，第三参考位置35和第四参考位置33是绝对坐标系中的坐标，第五标记56、第六标记57、第七标记58和第八标记59是平板3上的点。
如图11(B)所示，其中本发明方法步骤32(S32)包括：
步骤321(S321)：操纵机器人4通过探头1在平板3的第五参考位置34对平板3的侧面刻划第九标记512；
步骤322(S322)：通过已知的平板3的第五参考位置34到工作台2基准平面22的距离D以及第九标记512，确定工作台2的基准平面22在工作台2的旋转轴21上的位置。其中，第五参考位置34是绝对坐标系中的坐标，且第九标记512是平板3上的点，而第九标记512、第五参考位置34到工作台2基准平面22的距离D通过任何一种已有的测量方式获得，例如通过尺子测量或利用机器人4测量。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于校准机器人工作单元的方法，其中所述机器人工作单元包括机器人(4)和工作台(2)；一探头(1)固定于所述机器人(4)的工作端，一平板(3)固定于所述工作台(2)的旋转轴(21)上，所述方法依次包括：
步骤1(S1)：将所述平板(3)固定并保持水平；
步骤211(S211)：操纵所述机器人(4)通过所述探头(1)在第一参考位置对所述平板(3)的平面刻划第一标记(51)；
步骤212(S212)：将所述探头(1)绕一竖直轴旋转180度，并操纵所述机器人(4)通过所述探头(1)在所述第一参考位置对所述平板(3)的所述平面刻划第二标记(52)；
步骤213(S213)：如果所述第一标记(51)和所述第二标记(52)在水平面上重合，则将所述第一参考位置在水平面上的坐标设为工具中心位置在水平面上的坐标；如果所述第一标记(51)和所述第二标记(52)在水平面上不重合，则计算所述第一标记(51)和所述第二标记(52)的中点(53)，并将所述中点(53)在水平面上的坐标设为所述工具中心位置在水平面上的坐标；
步骤22(S22)：通过所述探头(1)在竖直面上的所述平板(3)上刻划来对工具中心位置进行校准；
步骤31(S31)：借助校准后的所述工具中心位置通过所述探头(1)在所述平板(3)上刻划来对工作台的旋转轴(21)进行校准；
步骤32(S32)：借助校准后的所述工具中心位置通过所述探头(1)在所述平板(3)上刻划来对工作台的基准平面(22)进行校准。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤213(S213)之后还包括：
步骤214(S214)：如果所述第一标记(51)和所述第二标记(52)在水平面上不重合，则依次重复步骤211(S211)、步骤212(S212)和步骤213(S213)直至所述第一标记(51)和所述第二标记(52)在水平面上重合。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤22(S22)依次包括：
步骤221(S221)：操纵所述机器人(4)通过所述探头(1)在第二参考位置对所述平板(3)的侧面刻划第三标记(54)；
步骤222(S222)：将探头(1)绕一水平轴旋转90度，并操纵所述机器人(4)通过所述探头(1)在所述第二参考位置对所述平板(3)的所述侧面刻划第四标记(55)；
步骤223(S223)：如果所述第三标记(54)和所述第四标记(55)在竖直面上重合，则将所述第二参考位置在竖直面上的坐标设为所述工具中心位置在竖直面上的坐标；如果所述第三标记(54)和所述第四标记(55)在竖直面上不重合，则将所述第四标记(55)在竖直面上的坐标设为所述工具中心位置在竖直面上的坐标。
4.如权利要求3所述的方法，其中步骤22(S22)还包括：
步骤224(S224)：如果所述第三标记(54)和所述第四标记(55)在竖直面上不重合，则依次重复步骤221(S221)、步骤222(S222)和步骤223(S223)直至所述第三标记(54)和所述第四标记(55)重合。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤31(S31)依次包括：
步骤311(S311)：操纵所述机器人(4)通过所述探头(1)在第三参考位置(35)和第四参考位置(33)分别对所述平板(3)的平面刻划第五标记(56)和第六标记(57)；
步骤312(S312)：操纵所述工作台(2)使所述平板(3)绕所述工作台(2)的旋转轴(21)旋转180度，并通过所述探头(1)在所述第三参考位置(35)和所述第四参考位置(33)分别对所述平板(3)的平面刻划第七标记(58)和第八标记(59)；
步骤313(S313)：计算所述第五标记(56)和所述第七标记(58)的中点(510)，以及所述第六标记(57)和所述第八标记(59)的中点(511)，并根据这两个中点(510、511)确定所述工作台(2)的旋转轴(21)。
6.如权利要求1所述的方法，其中步骤32(S32)依次包括：
步骤321(S321)：操纵所述机器人(4)通过所述探头(1)在所述平板(3)的第五参考位置(34)对所述平板(3)的侧面刻划第九标记(512)；
步骤322(S322)：通过已知的所述平板(3)的所述第五参考位置(34)到工作台(2)的基准平面(22)的距离(D)以及第九标记(512)，确定工作台(2)的基准平面(22)在工作台(2)的所述旋转轴(21)上的位置。
7.如权利要求1所述的方法，其中在步骤1(S1)中通过调整所述工作台(2)来使所述平板(3)固定保持水平。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181228 Address after: 214203 No. 25 Huixing North Road, Yixing Economic and Technological Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Siemens Gas Turbine Components (Jiangsu) Co.,Ltd. Address before: No. 333 Jiangchuan Road, Minhang District, Shanghai, 200240 (East Gate) Patentee before: Siemens Gas Turbine Parts Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 214203 No. 25 Huixing North Road, Yixing Economic and Technological Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Siemens Energy Gas Turbine Components (Jiangsu) Co.,Ltd. Address before: 214203 No. 25 Huixing North Road, Yixing Economic and Technological Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee before: Siemens Gas Turbine Components (Jiangsu) Co.,Ltd. |
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