CN111633651B - 一种中空管状工具的tcp标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中空管状工具的TCP标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，在机器人坐标系中固定一个半径为rb的标定刚性球体，刚性球体的直径大于中空管状工具的内壁半价rs；S200，将中空管状工具安装于机器人的机械臂法兰；S300，控制机器人的机械臂移动，使中空管状工具的顶面扣合在刚性球体表面，通过机器人***确定当前机械臂法兰的位置t1和姿态R1；S400，重复S300步骤3次，获得对应的位置t1、t2、t3、t4和姿态R1、R2、R3、R4；S500，中空管状工具的TCP点位置在中空管状工具内部的轴线上，距离中空管状工具的顶面距离为
Figure DDA0002512705810000011
本发明提供的一种中空管状工具的TCP标定方法，快速并准确地确定中空管状结构的TCP。

Description

一种中空管状工具的TCP标定方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体地说，涉及一种中空管状工具的TCP标定方法。
背景技术
TCP是工具中心点的简写，是机器人与工作部件接触的部分。当我们以手动或者编程的方式让机器人去接近空间的某一点时，其本质是让TCP去接近该点。同一个机器人因为挂载不同的工具，因工具的形状、大小不同而有不同的TCP，在更换不同的工具时，需要重新确定机器人的TCP，即确定在机器人法兰盘坐标系中的位置。
现在通常的方法是将更换的工具的某一尖端点触碰机器人坐标系中的一个确定坐标的固定尖点，从四个方向触碰并记录法兰盘位姿参数，利用四点法原理计算TCP，该方法常用与工业机器人，需要标定的通常是电焊头等具有明显尖端的工具。
但是对于中空管状工具类的定制工具，需要标定的TCP在管状工具的轴线上，而轴线悬空不接触任何实体点，无法直接通过管状工具的尖端去触碰确定坐标的固定尖点，造成中空管状工具类的TCP难于确定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中空管状工具的TCP标定方法，快速并准确地确定中空管状结构的TCP。
本发明公开的一种中空管状工具的TCP标定方法所采用的技术方案是:
一种中空管状工具的TCP标定方法，包括以下步骤：
S100，在机器人坐标系中固定一个半径为rb的标定刚性球体，刚性球体的直径大于中空管状工具的内壁半径rs；
S200，将中空管状工具安装于机器人的机械臂法兰；
S300，控制机器人的机械臂移动，使中空管状工具的顶面扣合在刚性球体表面，通过机器人***确定当前机械臂法兰的位置t1和姿态R1；
S400，重复S300步骤3次，并从不同方向使中空管状工具的顶面扣合在刚性球体表面，获得对应的法兰的位置t1、t2、t3、t4和姿态R1、R2、R3、R4；
S500，通过四点法原理，算出TCP，且中空管状工具的TCP点位置在中空管状工具内部的轴线上，中空管状工具的TCP点位置距离中空管状工具的顶面距离为
Figure BDA0002512705790000021
作为优选方案，所述S400步骤中，重复S300步骤3次，4次的方向依次垂直且不相同。
作为优选方案，所述S300步骤中，所述中空管状工具前端安装有与中空管状工具同轴线的阶梯套筒，所述阶梯套筒的阶梯面与中空管状工具的端面对齐，所述阶梯套筒外端开设有与刚性球体贴合的凹槽，且凹槽包住刚性球体一半，所述阶梯套筒的凹槽球面的球心与阶梯面之间的距离为La，控制机器人的机械臂移动，使所述安装在中空管状工具上的阶梯套筒的凹槽扣合在刚性球体表面，获得位置t1和姿态R1，再执行步骤400，则TCP点位置距离中空管状工具的顶面为La且位于中空管状工具的中轴线上。
作为优选方案，所述刚性球体的材料为不锈钢、陶瓷或石材。
本发明公开的一种中空管状工具的TCP标定方法的有益效果是：中空管状工具的TCP在其轴线上，通过中空管状工具的顶面扣合在刚性球体表面，那么中空管状工具的内壁与刚性球体相交部分为标准圆，保证中空管状工具的轴线经过刚性球体的球心，并且多个方向扣合时，中空管状工具的内壁与刚性球体相交部分形成标准圆的圆心与刚性球体的球心距离不变，从而获得4次不同位置的位姿值t1、t2、t3、t4和R1、R2、R3、R4，通过四点法可直接计算出中空管状工具的TCP，从而快速、准确的确定更换后的中空管状工具的TCP和其位置。
附图说明
图1是本发明一种中空管状工具的TCP标定方法的结构示意图。
图2是本发明一种中空管状工具的TCP标定方法的局部示意图。
图3是本发明一种中空管状工具的TCP标定方法的借助阶梯套筒的示意图。
图4是本发明一种中空管状工具的TCP标定方法的借助阶梯套筒的局部示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:
请参考图1-图2，一种中空管状工具的TCP标定方法，包括以下步骤：S100，在机器人坐标系中固定一个半径为rb的标定刚性球体20，刚性球体20的直径大于中空管状工具10的内壁半径rs；S200，将中空管状工具10安装于机器人的机械臂法兰；S300，控制机器人的机械臂移动，使中空管状工具10的顶面扣合在刚性球体20表面，通过机器人***确定当前机械臂法兰的位置t1和姿态R1；S400，重复S300步骤3次，并从不同方向使中空管状工具10的顶面扣合在刚性球体20表面，获得对应的位置t1、t2、t3、t4和姿态R1、R2、R3、R4；S500，通过四点法原理，算出TCP，且中空管状工具10的TCP点位置在中空管状工具10内部的轴线上，距离中空管状工具10的顶面距离为
Figure BDA0002512705790000031
S400步骤中，重复S300步骤3次，4次的方向依次垂直且不相同，4次的方向间角度尽可能大，尽可能大的角度可以减少机械臂自身的误差对TCP计算结果的影响，从四个方向进行数据采集是该方法的最少点数要求，但不局限于四个方向。刚性球体20的材料为不锈钢、陶瓷或石材，刚性球体20的弹性形变量小，可有效提升数据的准确性。
请参考图3-图4，S300步骤中，中空管状工具10内设有与中空管状工具10同轴线的阶梯套筒30，阶梯套筒30的阶梯面与中空管状工具10的端面对齐，阶梯套筒30外端开设有与刚性球体20贴合的凹槽，且凹槽包住刚性球体20一半，阶梯套筒30的外端面与阶梯面之间的距离为La，控制机器人的机械臂移动，使中空管状工具10的顶面扣合在刚性球体20表面，获得位置t1和姿态R1，再执行步骤400，则TCP点位置距离中空管状工具10的顶面为La且位于其中空管状工具10的中轴线上。
其中四点法原理在科技期刊《机械与电子》2012年第6期60页，熊烁、叶伯生和蒋明联合发表了《机器人工具坐标系标定算法研究》，详细解释了四点法的原理和计算过程。
上述方案中，中空管状工具10的TCP在其轴线上，通过中空管状工具10的顶面扣合在刚性球体20表面，那么中空管状工具10的内壁与刚性球体20相交部分为标准圆，保证中空管状工具10的轴线经过刚性球体20的球心，并且多个方向扣合时，中空管状工具10的内壁与刚性球体20相交部分形成标准圆的圆心与刚性球体20的球心距离不变，从而获得4次不同位置的位姿值t1、t2、t3、t4和R1、R2、R3、R4，通过四点法可直接计算出中空管状工具10的TCP，从而快速、准确的确定更换后的中空管状工具10的TCP和其位置。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种中空管状工具的TCP标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100，在机器人坐标系中固定一个半径为
Figure 281348DEST_PATH_IMAGE001
的标定刚性球体，刚性球体的直径大于中空管状工具的内壁半径
Figure 959586DEST_PATH_IMAGE002
；
S200，将中空管状工具安装于机器人的机械臂法兰；
S300，控制机器人的机械臂移动，使中空管状工具的顶面扣合在刚性球体表面，通过机器人***确定当前机械臂法兰的位置
Figure 98443DEST_PATH_IMAGE003
和姿态
Figure 744188DEST_PATH_IMAGE004
，所述中空管状工具前端安装有与中空管状工具同轴线的阶梯套筒，所述阶梯套筒的阶梯面与中空管状工具的端面对齐，所述阶梯套筒外端开设有与刚性球体贴合的凹槽，且凹槽包住刚性球体一半，所述阶梯套筒的凹槽球面的球心与阶梯面之间的距离为
Figure 305488DEST_PATH_IMAGE005
，控制机器人的机械臂移动，使所述安装在中空管状工具上的阶梯套筒的凹槽扣合在刚性球体表面，获得位置
Figure 353079DEST_PATH_IMAGE003
和姿态
Figure 475886DEST_PATH_IMAGE004
，再执行下一步，则TCP点位置距离中空管状工具的顶面为
Figure 608928DEST_PATH_IMAGE005
且位于中空管状工具的中轴线上；
S400，重复S300步骤3次，并从不同方向使中空管状工具的顶面扣合在刚性球体表面，获得对应的法兰的位置
Figure 970989DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 810769DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 353746DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 459236DEST_PATH_IMAGE008
和姿态
Figure 378651DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 384522DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 98400DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 143716DEST_PATH_IMAGE011
;
S500，通过四点法原理，算出TCP，且中空管状工具的TCP点位置在中空管状工具内部的轴线上，中空管状工具的TCP点位置距离中空管状工具的顶面距离为
Figure 351975DEST_PATH_IMAGE012
。
2.如权利要求1所述的中空管状工具的TCP标定方法，其特征在于，所述S400步骤中，重复S300步骤3次，4次的方向依次垂直且不相同。
3.如权利要求1-2任一项所述的中空管状工具的TCP标定方法，其特征在于，所述刚性球体的材料为不锈钢、陶瓷或石材。
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