CN111390940A - 一种工业机器人自动化标定***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业机器人自动化标定***,包括待标定的工业机器人,工业机器人与机器人电气控制柜相连,其特征在于,所述工业机器人自动化标定***还包括设于工业机器人末端的Leica公司的T‑Mac设备,工业机器人的正前方设有Leica公司的激光跟踪仪,T‑Mac设备与激光跟踪仪的控制器相连;所述工业机器人自动化标定***还包括I/O通信盒,机器人电气控制柜的I/O模块与I/O通信盒相连,I/O通信盒再连接至上位机,上位机与激光跟踪仪之间建立无线通信。本发明还涉及一种工业机器人自动化标定方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种区分手动编程示教标定和无姿态参与计算的***及方法,尤其涉及一种基于I/O通信盒、Leica激光跟踪仪和T-Mac的工业机器人自动化标定***及采用该自动化标定***的自动化标定方法。
背景技术
工业机器人的绝对定位精度是衡量工业机器人自身性能的一项重要指标。通过激光跟踪仪加反射球进行采点并通过迭代求函数极值的算法对DH参数或者MDH参数进行修正,这种方法标定精度高、适应性强,各种结构与各种不同DH参数值的工业机器人均可进行标定,适合于样机研发与验证阶段,以及批量生产中出现的标定疑难杂症个例工业机器人。
现在常见的激光跟踪仪加反射球标定方法通常只是测量工业机器人末端反射球的X、Y、Z坐标值,而不对末端的姿态角Rx、Ry、Rz进行测量,因此其标定效果并不是非常高。而且常见的激光跟踪仪加反射球标定方法在工业机器人运行完一段程序后需要几秒钟的时间去稳定,因此激光跟踪仪偶尔会因为反射球未稳定而不予采点,而机器人在等待若干秒时间后会执行下一个动作,因此激光跟踪仪偶尔会错失采点机会。
发明内容
本发明目的是:激光跟踪仪完整采点和自动化精确标定。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是提供了一种工业机器人自动化标定***,包括待标定的工业机器人,工业机器人与机器人电气控制柜相连,其特征在于,所述工业机器人自动化标定***还包括设于工业机器人末端的Leica公司的T-Mac设备,工业机器人的正前方设有Leica公司的激光跟踪仪,T-Mac设备与激光跟踪仪的控制器相连;所述工业机器人自动化标定***还包括含有倍福通信模块的I/O通信盒,机器人电气控制柜的I/O模块与I/O通信盒相连,I/O通信盒再连接至上位机,上位机与激光跟踪仪之间建立无线通信。
优选地,所述工业机器人设于减震平台上。
优选地,所述工业机器人通过电缆线与所述机器人电气控制柜相连,所述机器人电气控制柜的I/O模块通过VGA线与所述I/O通信盒相连。
优选地,所述工业机器人与所述激光跟踪仪之间的直线距离D为2m~4m。
优选地,所述T-Mac设备通过数据线与所述激光跟踪仪的控制器相连。
优选地,所述I/O通信盒与所述上位机之间通过网线相连。
本发明的另一个技术方案是提供了一种工业机器人自动化标定方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将待标定的工业机器人安装在稳固的减震平台上;
步骤二:将Leica公司的激光跟踪仪安放于工业机器人正前方2m~4m,然后在工业机器人末端安装Leica公司的T-Mac设备;
步骤三:使用数据线将T-Mac设备连接到激光跟踪仪的控制器;
步骤四:通过VGA线将与工业机器人相连的机器人电气控制柜连接到I/O通信盒;
步骤五:通过网线将I/O通信盒连接到上位机;
步骤六:通过无线通信,将激光跟踪仪连接到上位机,最终完成自动化标定平台搭建;
步骤七:编制机器人标定运行程序,使得机器人变换30个姿态,其中标定运行程序包含交互通信的功能;
步骤八:在上位机软件上点击开始,工业机器人开始运行当前一行标定程序;
步骤九:当工业机器人运行到位后,通过机器人电气控制柜的I/O模块发出到位信号给I/O通信盒;
步骤十:I/O通信盒将信号传递到上位机,上位机通过无线通信发送采集指令到激光跟踪仪,激光跟踪仪开始采点;
步骤十一:当激光跟踪仪完成采点后,通过无线通信发送信号给上位机,上位机将信号传递到I/O通信盒;I/O通信盒将信号传递到机器人电气控制柜的I/O模块,机器人电气控制柜则控制工业机器人运行下一行标定程序,返回步骤九,直到完成工业机器人30个位姿点的采集,获得实际采集位姿点的集合;
步骤十二:在上位机上将理论位姿点的集合与实际采集位姿点的集合进行对比分析,将工具坐标系求解出来,同时求解出DH参数值、减速比、减速器耦合比的补偿值,然后依据补偿值对工业机器人DH参数值、减速比、减速器耦合比进行修改,最终完成标定。
优选地,步骤十二中,补偿值的求解包括以下步骤:
步骤1201、查看机器人电气控制柜(2)上运行的控制算法,观察DH参数值、减速比、减速器耦合比、工具坐标系是否可以进行修改,针对可以进行修改的DH参数、减速比、减速器耦合比、工具坐标系分别设定初始的补偿值;
步骤1202、将迭代次数i的初始值设定为1,设定目标值的初始值,目标值的初始值为第0次迭代的目标值,设定迭代次数的阈值Imax;
步骤1203、将上一步获得的补偿值代入到机器人30个姿态的正运动学运算,得到机器人在30个姿态下末端工具点的位置值和姿态角,与激光跟踪仪(6)测得的实际位置值和实际姿态角作差,作差的结果为第i次迭代的目标值;
步骤1204、判断第i次迭代的目标值是否小于第i-1次迭代的目标值,若是,则进入步骤1205,若否,则进入步骤1207
步骤1205、使用L-M算法,按照事先给定的步长改变补偿值;
步骤1206、若i大于阈值Imax,则进入步骤1207,否则,将i更新为i+1后,返回步骤1203;
步骤1207、第i次迭代获得的目标值为最终的目标值,该目标值所对应的DH参数值、减速比、减速器耦合比的补偿值即为步骤十二中求解得到的DH参数值、减速比、减速器耦合比的补偿值。
本发明具有如下优点:
本发明通过借助于Leica公司的激光跟踪仪和T-Mac设备完整采集机器人末端的X、Y、Z坐标值和姿态角Rx、Ry、Rz,有助于后期进行标定解算,求解出更为准确的DH参数值、减速比、减速器耦合比的补偿值,使得标定后的机器人有着更高的绝对精度。使用I/O通信盒实现上位机、机器人电气控制柜、Leica激光跟踪仪的交互通信,实现Leica激光跟踪仪对工业机器人末端坐标值和姿态角进行连续自动采集。
附图说明
图1为本发明提供的一种工业机器人自动化标定***的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实施例以ABB工业机器人、基于倍福模块的IO通信盒、DELL工作站、Leica公司的激光跟踪仪和T-Mac为例来说明本发明。
如图1所示,本发明提供的一种工业机器人自动化标定***,包括待标定的工业机器人1,工业机器人1安装在稳固的减震平台3上。工业机器人1通过电缆线4与机器人电气控制柜2相连。在工业机器人1的末端安装有Leica公司的T-Mac设备5,工业机器人1的正前方放置Leica公司的激光跟踪仪6,工业机器人1与激光跟踪仪6之间的直线距离D为2m~4m。T-Mac设备5通过数据线7与激光跟踪仪6的控制器相连。机器人电气控制柜2的I/O模块通过VGA线11与I/O通信盒8相连,I/O通信盒8再通过网线10连接至上位机9,上位机9与激光跟踪仪6之间建立无线通信。
本发明提供的一种工业机器人自动化标定方法包括以下步骤:
将ABB工业机器人1安装在稳固的减震平台3上。接着将Leica公司的激光跟踪仪6安放于ABB工业机器人1正前方3米左右,然后在ABB工业机器人1末端安装工装和T-Mac设备5。使用数据线7将T-Mac设备5连接到Leica公司的激光跟踪仪6的控制器。通过VGA线4将ABB工业机器人1的机器人电气控制柜2连接到I/O通信盒8,注意涉及到三个I/O接口(机器人电气控制柜2给出两个Output,一个Input;与之对应的I/O通信盒8需要两个Input,一个Output)。通过网线10将I/O通信盒8连接到上位机9。通过无线通信,将激光跟踪仪6连接到上位机9,最终完成自动化标定平台搭建。编制机器人标定运行程序,使得机器人变换30个姿态,其中标定运行程序包含交互通信的功能。注意ABB工业机器人1各关节需要在行程范围内充分转动,尽量均布,即ABB工业机器人1每运行一段程序,各关节需有明显的转动,方便后续的算法进行补偿值解算。在上位机软件上点击开始,ABB工业机器人1开始运行标定程序,当ABB工业机器人1运行到位后,通过机器人电气控制柜2的I/O模块发出到位信号给I/O通信盒8。I/O通信盒8将信号传递到上位机9;上位机9通过无线通信发送采集指令到激光跟踪仪6;激光跟踪仪6开始采点。当激光跟踪仪6完成采点后,通过无线通信发送信号给上位机9,上位机9将信号传递到I/O通信盒8;I/O通信盒8将信号传递到机器人电气控制柜2的I/O模块,机器人电气控制柜2则控制ABB工业机器人1运行下一行程序;如此循环往复,直到完成ABB工业机器人1的30个位姿点的采集。在上位机9上将理论位姿点集合与实际采集的位姿点集合进行对比分析,通过特定算法进行解算,将工具坐标系求解出来,同时求解出DH参数值、减速比、减速器耦合比等的补偿值。
上述补偿值的求解具体包括以下步骤:
首先查看机器人电气控制柜2上运行的控制算法,观察DH参数(DH参数包括关节角θ、扭转角α、连杆长度A、连杆偏移量D)、减速比i、减速器耦合比C、工具坐标系等是否可以进行修改。
然后针对可以进行修改的DH参数(关节角θ、扭转角α、连杆长度A、连杆偏移量D)、减速比i、减速器耦合比C、工具坐标系等分别设定补偿初值,参与到机器人30个姿态的正运动学运算,得到机器人在30个姿态下末端工具点的位置值和姿态角,与激光跟踪仪6测得的实际位置值和姿态角作差,作差的结果为目标值。使用L-M算法,按照事先给定的步长改变补偿值,代入正运动学运算。若目标值降低,则进一步改变补偿值。如此反复进行迭代运算,使得目标值降到最低,此时DH参数(关节角θ、扭转角α、连杆长度A、连杆偏移量D)、减速比i、减速器耦合比C、工具坐标系等各自的补偿值即是最终结果。
最后按照补偿值对工业机器人DH参数值、减速比、减速器耦合比等进行修改,最终实现自动化精准位姿点采集且无遗漏和工业机器人自动化标定。
Claims (8)
1.一种工业机器人自动化标定***,包括待标定的工业机器人(1),工业机器人(1)与机器人电气控制柜(2)相连,其特征在于,所述工业机器人自动化标定***还包括设于工业机器人(1)末端的Leica公司的T-Mac设备(5),工业机器人(1)的正前方设有Leica公司的激光跟踪仪(6),T-Mac设备(5)与激光跟踪仪(6)的控制器相连;所述工业机器人自动化标定***还包括含有倍福通信模块的I/O通信盒(8),机器人电气控制柜(2)的I/O模块与I/O通信盒(8)相连,I/O通信盒(8)再连接至上位机(9),上位机(9)与激光跟踪仪(6)之间建立无线通信。
2.如权利要求1所述的一种工业机器人自动化标定***,其特征在于,所述工业机器人(1)设于减震平台(3)上。
3.如权利要求1所述的一种工业机器人自动化标定***,其特征在于,所述工业机器人(1)通过电缆线(4)与所述机器人电气控制柜(2)相连,所述机器人电气控制柜(2)的I/O模块通过VGA线(11)与所述I/O通信盒(8)相连。
4.如权利要求1所述的一种工业机器人自动化标定***,其特征在于,所述工业机器人(1)与所述激光跟踪仪(6)之间的直线距离D为2m~4m。
5.如权利要求1所述的一种工业机器人自动化标定***,其特征在于,所述T-Mac设备(5)通过数据线(7)与所述激光跟踪仪(6)的控制器相连。
6.如权利要求1所述的一种工业机器人自动化标定***,其特征在于,所述I/O通信盒(8)与所述上位机(9)之间通过网线(10)相连。
7.一种工业机器人自动化标定方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将待标定的工业机器人(1)安装在稳固的减震平台(3)上;
步骤二:将Leica公司的激光跟踪仪(6)安放于工业机器人(1)正前方2m~4m,然后在工业机器人(1)末端安装Leica公司的T-Mac设备(5);
步骤三:使用数据线(7)将T-Mac设备(5)连接到激光跟踪仪(6)的控制器;
步骤四:通过VGA线(4)将与工业机器人(1)相连的机器人电气控制柜(2)连接到I/O通信盒(8);
步骤五:通过网线(10)将I/O通信盒(8)连接到上位机(9);
步骤六:通过无线通信,将激光跟踪仪(6)连接到上位机(9),最终完成自动化标定平台搭建;
步骤七:编制机器人标定运行程序,使得机器人变换30个姿态,其中标定运行程序包含交互通信的功能;
步骤八:在上位机软件上点击开始,工业机器人(1)开始运行当前一行标定程序;
步骤九:当工业机器人(1)运行到位后,通过机器人电气控制柜(2)的I/O模块发出到位信号给I/O通信盒(8);
步骤十:I/O通信盒(8)将信号传递到上位机(9),上位机(9)通过无线通信发送采集指令到激光跟踪仪(6),激光跟踪仪(6)开始采点;
步骤十一:当激光跟踪仪(6)完成采点后,通过无线通信发送信号给上位机(9),上位机(9)将信号传递到I/O通信盒(8);I/O通信盒(8)将信号传递到机器人电气控制柜(2)的I/O模块,机器人电气控制柜(2)则控制工业机器人运行下一行标定程序,返回步骤九,直到完成工业机器人(1)30个位姿点的采集,获得实际采集位姿点的集合;
步骤十二:在上位机(9)上将理论位姿点的集合与实际采集位姿点的集合进行对比分析,将工具坐标系求解出来,同时求解出DH参数值、减速比、减速器耦合比的补偿值,然后依据补偿值对工业机器人DH参数值、减速比、减速器耦合比进行修改,最终完成标定。
8.如权利要求7所述的一种工业机器人自动化标定方法,其特征在于,步骤十二中,补偿值的求解包括以下步骤:
步骤1201、查看机器人电气控制柜(2)上运行的控制算法,观察DH参数值、减速比、减速器耦合比、工具坐标系是否可以进行修改,针对可以进行修改的DH参数、减速比、减速器耦合比、工具坐标系分别设定初始的补偿值;
步骤1202、将迭代次数i的初始值设定为1,设定目标值的初始值,目标值的初始值为第0次迭代的目标值,设定迭代次数的阈值Imax;
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步骤1204、判断第i次迭代的目标值是否小于第i-1次迭代的目标值,若是,则进入步骤1205,若否,则进入步骤1207
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步骤1207、第i次迭代获得的目标值为最终的目标值,该目标值所对应的DH参数值、减速比、减速器耦合比的补偿值即为步骤十二中求解得到的DH参数值、减速比、减速器耦合比的补偿值。
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CN113375551A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-09-10 | 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 | 一种冷轧圆盘剪精密定位方法 |
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