CN103706945B - 一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置，通过获得一具有XY坐标轴的参照物；然后，将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；再然后，将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；再然后，运行创建点程序；再然后，获得实际激光焦点的位置；再然后，根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。也就是说，利用工业机器人自身的轴为基准，测量转动预定角度，比如90度后激光焦点的偏移值，并利用线性方程或者相似三角形进行计算，可以达到智能水平高、校正精度高的技术效果。

Description

一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置

技术领域

本发明涉及智能机械技术领域，尤其涉及一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置。

背景技术

随着现代化生产的发展，工业机器人的利用率越来越高，大大的提高了工业化生产的效率和质量。

在利用工业机器人进行智能激光加工的技术领域中，现代复杂零件的激光加工应用主要依靠六轴机器人来进行，一般的做法是将激光加工头或者直接将激光器安装在机器人的第六轴上。理论上激光束应该是和镜头的轴心线完全重合，但由于加工或装配的误差，实际上激光束并不是镜头的轴心线，一般会有1°左右的偏差，反应到焦点上的偏差甚至能达到5-10mm。

传统的解决方法有两种，第一种是直接采用人工示教的方式对机器人加工路径进行编程，这样就不需要测量激光束的偏差值，但是人工示教方式只能针对于并不复杂的简单路径，对于大规模复杂零件的加工还是需要使用离线编程的方式，因此需要精确测量出这个偏差值然后加以补偿，否则编程出来的激光束路径会和实际路径有很大偏移。目前为止，只能是依靠单独测量激光器镜头或是激光加工头的光束精度，这需要专门的实验室和专业的测量夹具和检测工具，一般工厂难以实现。

发明内容

本发明实施例提供一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置，用于解决现有技术中对工业机器人TCP点校正智能化不高、校正精度低的技术问题，达到工业机器人TCP点校正智能化水平高、校正精度高的技术效果。

本发明实施例提供了一种工业机器人工具中心点的校正方法，所述方法包括：获得一具有XY坐标轴的参照物；将所述工业机器人的TCP点定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；运行创建点程序；获得实际激光焦点的位置；根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。

进一步的，所述方法还包括：将所述TCP的校正结果输入至所述工业机器人的编程软件进行补偿。

进一步的，在所述运行创建点程序之前，还包括：获得一创建点程序。

进一步的，所述将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，具体为：将所述工业机器人的激光器垂直旋转90度。

进一步的，所述方法还包括：配置所述原点位置的坐标为(0，0)；配置所述旋转后的焦点位置的坐标为(X₁，Y₁)；配置所述实际焦点的位置的坐标为(X₂，Y₂)；根据所述相似三角形原理或者线性方程进行计算，获得所述 配置所述工业机器人的集光镜焦距为P；根据相似三角形原理或者线性方程进行计算，所述TCP的校正结果为：X方向，偏移X₂；Y方向，偏移Y₂；Z方向，偏移

本发明还提供了一种工业机器人工具中心点的校正装置，所述装置包括：第一获得单元，所述第一获得单元用于获得一具有XY坐标轴的参照物；第一焦点位置确定单元，所述第一焦点位置确定单元用于将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；第二焦点位置确定单元，所述第二焦点位置确定单元用于将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；运行单元，所述运行单元用于运行创建点程序；第三焦点位置确定单元，所述第三焦点位置确定单元用于获得实际激光焦点的位置；计算单元，所述计算单元用于根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。

进一步的，所述装置还包括：输入单元，所述输入单元用于将所述TCP的校正结果输入至所述工业机器人的编程软件进行补偿。

进一步的，所述装置还包括：第二获得单元，所述第二获得单元用于获得一创建点程序。

进一步的，所述装置还包括：第二旋转单元，所述第二旋转单元用于将所述工业机器人的激光器垂直旋转90度。

进一步的，所述装置还包括：第一配置单元，所述第一配置单元用于配置所述原点位置的坐标为(0，0)；第二配置单元，所述第二配置单元用于配置所述旋转后的焦点位置的坐标为(X₁，Y₁)；第三配置单元，所述第三配置单元用于配置所述实际焦点的位置的坐标为(X₂，Y₂)；第一计算单元，所述第一计算单元用于根据所述相似三角形原理或者线性方程进行计算，获得所述第四配置单元，所述第四配置单元用于配置所述工业机器人的集光镜焦距为P；第二计算单元，所述第二计算单元用于根据所述相似三角形原理或者线性方程进行计算，所述TCP的校正结果为：X方向，偏移X₂；Y方向，偏移Y₂；Z方向，偏移

本发明实施例的有益效果如下：

本发明一实施例提供的一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置，通过获得一具有XY坐标轴的参照物；然后，将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；再然后，将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；再然后，运行创建点程序；再然后，获得实际激光焦点的位置；再然后，根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。也就是说，利用工业机器人自身的轴为基准，测量转动预定角度，比如90度后激光焦点的偏移值，并利用线性方程或者相似三角形进行计算，可以达到智能水平高、校正精度高的技术效果。

附图说明

图1为本发明一实施例中一种工业机器人工具中心点的校正方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例中一种校正方法中XY轴坐标系中的实际焦点的位置示意图；

图3为本发明一实施例中一种工业机器人工具中心点的校正方法的计算示意图；

图4为为本发明一实施例中一种工业机器人工具中心点的校正方法的又一计算示意图；

图5为本发明一实施例中一种工业机器人工具中心点的校正装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明一实施例提供的一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置，通过获得一具有XY坐标轴的参照物；然后，将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；再然后，将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；再然后，运行创建点程序；再然后，获得实际激光焦点的位置；再然后，根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。也就是说，利用工业机器人自身的轴为基准，测量转动预定角度，比如90度后激光焦点的偏移值，并利用线性方程或者相似三角形进行计算，可以达到智能水平高、校正精度高的技术效果。

为使本领域技术人员能够更详细了解本发明，以下结合附图对本发明进行详细描述。

【实施例一】

如图1所述，图1为本发明一实施例中一种工业机器人工具中心点的校正方法，所述方法包括：

步骤110：获得一具有XY坐标轴的参照物；

具体来说，本实施例主要通过简单的测量和数据计算即能快速、高效、准确的找到实际激光焦点，并在离线编程软件中进行校正。所以，本实施例步骤110提供了一个具有XY坐标轴的参照物。具体来说，参照物可以是一张A4的白纸，然后通过直尺手绘出一个XY坐标轴，或者再CAD制图软件中绘图打印。

其中，建立的过程如下图2所示，理论上激光束焦点的位置应该在镜头的正中心处，以正中心为原点作一个XY坐标系，实际上的焦点可能落在任意一个象限的任意位置。其中，图2中分别介绍了实际焦点分别落在第一象限、第二象限、第三象限、第四象限四种情况。

步骤120：将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；

具体来说，本实施例步骤120将工业机器人的TCP(toolcentreposition)定义为理论激光焦点，并且将工业机器人的理论激光焦点对准所述的XY坐标轴的原点位置。

具体来说，本实施例步骤120中将工业机器人的姿态调整为其装载激光器后使激光机镜头垂直向下，然后在XY坐标轴中任取一点，然后将工业机器人的TCP移动到此点。

步骤130：将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；

具体来说，本实施例中步骤130将工业机器人带着激光器垂直旋转一定角度，获得旋转后的焦点位置。这个过程中TCP的坐标位置不发生变化，只是机器人的姿态发生改变，而激光器镜头始终与地面垂直，即激光器只是绕着理论激光束中心线旋转了一定角度而不升高降低或发生任何位置偏移。

步骤140：运行创建点程序；

具体来说，本实施例是通过创建点的方式来实现工业机器人工具中心点的校正方法的。其本身结合线性方程或者相似三角形原理等简单测量和数学计算的方式获得了校正的参数。

其中，为了能够运行所述创建点程序，需要首先创建所述创建点程序，即获得一创建点程序。该种创建方法属于本领域技术人员常规的技术选择，本申请实施例不做具体阐述。

步骤150：获得实际激光焦点的位置；

具体来说，本实施例步骤150将工业机器人运行所述创建点程序后，得到了工业机器人实际激光焦点位置，同时由于程序是针对理论激光焦点而设定的，因此旋转一定角度后的实际激光焦点的位置肯定会变化。这也给后面通过数学计算获得校正参数提供了现实的基础。

步骤160：根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。

具体来说，本实施例的步骤160是具体的数学计算的方式获得TCP校正结果的方式。主要依靠上述的原点位置、旋转后的焦点位置，以及实际焦点的位置。

步骤170：将所述TCP的校正结果输入至所述工业机器人的编程软件进行补偿。

具体来说，本实施例步骤170将获得的TCP校正结果发送给所述工业机器人，并通过编程软件进行补偿，达到提供TCP精度的技术效果。

为了更清楚的介绍本申请的实现过程，下面从工业机器人的旋转角度为90度予以展开介绍。当然，本发明实施例并不具体限定角度，只要能够通过数学逻辑运算能够实现的角度方案均为本申请的保护范围。比如270度、-90度等情况。

具体来说，首先配置上述原点位置、旋转后的焦点位置，以及实际焦点的位置的参数。如图3所示，比如：

配置所述原点位置的坐标为O点(0，0)；

配置所述旋转后的焦点位置的坐标为C点(X₁，Y₁)；

配置所述实际焦点的位置的坐标为D点(X₂，Y₂)；

然后，将上述个点用线连接起来并作出X、Y轴方向的投影，比如C点在X轴的投影为OA、在Y轴的投影为OH；比如D点在X轴的投影为OF、在Y轴的投影为OG；其中，图中DE为OC的垂直平分线。具体来说，点C的位置可以直接测量出来，因此CH和AC可知，由于点C是点O绕着点D旋转90°后得到的，因此激光实际焦点D的位置应该是在OC的垂直平分线上且∠ODC＝90°，DO＝DC，不难得出⊿DFO≌⊿DBC，可推出 $\left|Y_2\right|=\left|\frac{Y_1+X_1}{2}\right|.$

下面需分情况作出讨论：

1、旋转后焦点位置C落在第一象限

当|X₁|≥|Y₁|时，X₂≥0，Y₂＞0；

当|X₁|＜|Y₁|时，X₂＜0，Y₂＞0。

2、旋转后焦点位置C落在第二象限

当|X₁|≥|Y₁|时，X₂≤0，Y₂＜0；

当|X₁|＜|Y₁|时，X₂＜0，Y₂＞0。

3、旋转后焦点位置C落在第三象限

当|X₁|≥|Y₁|时，X₂≤0，Y₂＜0；

当|X₁|＜|Y₁|时，X₂＞0，Y₂＜0。

4、旋转后焦点位置C落在第四象限

当|X₁|≥|Y₁|时，X₂≥0，Y₂＞0；

当|X₁|＜|Y₁|时，X₂＞0，Y₂＜0。

如图4所示，由于有偏移的存在，原本理论上激光束应该是OB，现在变成了OC，BC为偏移的长度，即

进一步的，如图4所示，点B和点D均为激光束焦点，设集光镜焦距为P，则OB＝OD＝P，不难得出⊿OBC∽⊿OAD，可推出即则 $\mathrm{OA}=\frac{P^2}{\sqrt{P^2+X_2^2+Y_2^2}}.$

因此，工业机器人最终TCP的校正结果为：

X方向，偏移x2；

Y方向，偏移y2；

Z方向，偏移

【实施例二】

为了更清楚的介绍本发明的技术方案，本申请还提供了一种工业机器人工具中心点的校正装置，其中，所述装置包括：

第一获得单元10，所述第一获得单元10用于获得一具有XY坐标轴的参照物；

第一焦点位置确定单元20，所述第一焦点位置确定单元20用于将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；

第二焦点位置确定单元30，所述第二焦点位置确定单元30用于将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；

运行单元40，所述运行单元40用于运行创建点程序；

第三焦点位置确定单元50，所述第三焦点位置确定单元50用于获得实际激光焦点的位置；

计算单元60，所述计算单元60用于根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。

进一步的，本装置还包括：

输入单元70，所述输入单元70用于将所述TCP的校正结果输入至所述工业机器人的编程软件进行补偿。

进一步的，所述装置还包括：

第二获得单元，所述第二获得单元用于获得一创建点程序。

进一步的，所述装置还包括：

第二旋转单元，所述第二旋转单元用于将所述工业机器人的激光器垂直旋转90度。

进一步的，所述装置还包括：

第一配置单元，所述第一配置单元用于配置所述原点位置的坐标为(0，0)；

第二配置单元，所述第二配置单元用于配置所述旋转后的焦点位置的坐标为(X₁，Y₁)；

第三配置单元，所述第三配置单元用于配置所述实际焦点的位置的坐标为(X₂，Y₂)；

第一计算单元，所述第一计算单元用于根据相似三角形原理或者线性方程进行计算，获得 $\left|X_2\right|=\left|\frac{Y_1-X_1}{2}\right|,\left|Y_2\right|=\left|\frac{Y_1+X_1}{2}\right|;$

第四配置单元，所述第四配置单元用于配置所述工业机器人的集光镜焦距为P；

第二计算单元，所述第二计算单元用于根据所述相似三角形原理或者线性方程进行计算，所述TCP的校正结果为：

X方向，偏移X₂；

Y方向，偏移Y₂；

Z方向，偏移

综上所述，本发明一实施例提供的一种工业机器人工具中心点的校正方法及装置具有如下技术效果：

本发明一实施例通过获得一具有XY坐标轴的参照物；然后，将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；再然后，将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；再然后，运行创建点程序；再然后，获得实际激光焦点的位置；再然后，根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。也就是说，利用工业机器人自身的轴为基准，测量转动预定角度，比如90度后激光焦点的偏移值，并利用线性方程或者相似三角形进行计算，可以达到智能水平高、校正精度高的技术效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同。

Claims (10)

1.一种工业机器人工具中心点的校正方法，其特征在于，所述方法包括：

获得一具有XY坐标轴的参照物；

将所述工业机器人的TCP点定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；

将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；

运行创建点程序；

获得实际激光焦点的位置；

根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际激光焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述TCP的校正结果输入至所述工业机器人的编程软件进行补偿。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述运行创建点程序之前，还包括：

获得一创建点程序。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，具体为：

将所述工业机器人的激光器垂直旋转90度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

配置所述原点位置的坐标为(0，0)；

配置所述旋转后的焦点位置的坐标为(X₁，Y₁)；

配置所述实际激光焦点的位置的坐标为(X₂，Y₂)；

根据相似三角形原理或者线性方程进行计算，获得 $\left|Y_2\right|=\left|\frac{Y_1+X_1}{2}\right|;$

配置所述工业机器人的集光镜焦距为P；

根据所述相似三角形原理或者线性方程进行计算，所述TCP的校正结果为：

X方向，偏移X₂；

Y方向，偏移Y₂；

Z方向，偏移 $\frac{P^2}{\sqrt{P^2+X_2^2+Y_2^2}}.$

6.一种工业机器人工具中心点的校正装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获得单元，所述第一获得单元用于获得一具有XY坐标轴的参照物；

第一焦点位置确定单元，所述第一焦点位置确定单元用于将所述工业机器人的TCP定义为理论激光焦点，且将所述理论激光焦点对准所述XY坐标轴的原点位置；

第二焦点位置确定单元，所述第二焦点位置确定单元用于将所述工业机器人的激光器垂直旋转第一角度，获得所述旋转后的焦点位置；

运行单元，所述运行单元用于运行创建点程序；

第三焦点位置确定单元，所述第三焦点位置确定单元用于获得实际激光焦点的位置；

计算单元，所述计算单元用于根据所述原点位置、所述旋转后的焦点位置，以及所述实际激光焦点的位置计算得出所述TCP的校正结果。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

输入单元，所述输入单元用于将所述TCP的校正结果输入至所述工业机器人的编程软件进行补偿。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获得单元，所述第二获得单元用于获得一创建点程序。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二旋转单元，所述第二旋转单元用于将所述工业机器人的激光器垂直旋转90度。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一配置单元，所述第一配置单元用于配置所述原点位置的坐标为(0，0)；

第二配置单元，所述第二配置单元用于配置所述旋转后的焦点位置的坐标为(X₁，Y₁)；

第三配置单元，所述第三配置单元用于配置所述实际激光焦点的位置的坐标为(X₂，Y₂)；

第一计算单元，所述第一计算单元用于根据相似三角形原理或者线性方程进行计算，获得 $\left|X_2\right|=\left|\frac{Y-X_1}{2}\right|,\left|Y_2\right|=\left|\frac{Y+X_1}{2}\right|;$

第四配置单元，所述第四配置单元用于配置所述工业机器人的集光镜焦距为P；

第二计算单元，所述第二计算单元用于根据所述相似三角形原理或者线性方程进行计算，所述TCP的校正结果为：

X方向，偏移X₂；

Y方向，偏移Y₂；

Z方向，偏移 $\frac{P^2}{\sqrt{P^2+X_2^2+Y_2^2}}.$