CN105424012B - 一种机器人与机床坐标关系的标定装置及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人与机床坐标关系的标定装置及标定方法，标定装置包括机床、卡盘、测量单元、标准块及上下料机器人；机床主要用于对应工件的机加工；卡盘主要用于夹持工件；测量单元包括两组互相垂直安装的测量工具，用于机器人相对于机床的四个自由度的检测；标准块用于辅助检测；上下料机器人用于实现工件的上下料执行动作。故当机床上的卡盘夹持住标准块后，上下料机器人夹持着测量单元逼近标准块，通过检测标准块上的两个标准面，从而实现机器人与机床位姿关系的标定。

Description

一种机器人与机床坐标关系的标定装置及标定方法
技术领域
本发明涉及机器人的研究领域，特别涉及一种机器人与机床坐标关系的标定装置及标定方法。
背景技术
六轴工业机器人一般用在机床的上下料时，绝大多数都是采用人工示教的方法。即通过示教人员肉眼观察的方式设定机器人的行走轨迹，但是，在实际生产应用中，经过大量的实践经验总结，示教机器人具有如下的缺点：
(1)示教的精度难以保证，尤其是示教环境较差时；
(2)示教的可行性难以保证，尤其是对于机床结构复杂，示教技术人员无法直观看到工作环境的时候，根本无法完成示教工作；
(3)在复杂环境下，要得到一个较好的示教效果耗时久。
由于以上的缺点，示教水平和环境直接影戏机器人的应用效果，当上下料机器人与机床工作位置间的位姿关系没有得到有效确定时，尤其是卡盘的旋转中心与机器人上料直线轨迹没能重合时，在机器人针对机床上下料的过程中，不仅会对机床卡盘和机器人的末端执行夹具造成变形和损坏，同时，更会对工件自身带来刮伤或损坏。
发明内容
本发明的目的为提供一种机器人与机床坐标关系的标定装置及标定方法，能较好的克服上述的缺点及不足，该通过测距工具修正机器人的位姿，该测量方法操作简单，效率高，能有效提高机器人的示教精度，最大程度上保护机床卡盘、机器人和工件。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种机器人与机床坐标关系的标定装置，包括机床(1)、卡盘(2)、标准块(3)、测量单元以及上下料机器人(5)；所述机床用于对应工件的机加工，所述卡盘用于夹持工件，所述测量单元用于机器人相对于机床的四个自由度的检测，所述标准块(3)用于辅助检测；所述上下料机器人(5)用于实现工件的上下料执行动作，所述测量单元包括两个相互垂直安装的第一测距工具(4)、第二测距工具(7)以及工具安装座(6)，整个测量单元安装在上下料机器人(5)的末端；当机床(1)上的卡盘(2)夹持住标准块(3)后，所述上下料机器人(5)夹持着测量单元逼近标准块(3)，通过检测标准块(3)上的两个标准面，实现机器人与机床位姿关系的标定。
作为优选的，所述标准块(3)包括大轴和小轴，小轴设置在大轴的一个端面上，所述小轴为圆柱体，所述大轴包括两个相切的标准面以及一个连接两个标准面的弧形面。
作为优选的，标准块(3)由机床(1)上的卡盘(2)夹持，夹持位置为标准块(3)的小轴，标准块(3)的大轴有两个相切的标准面，每一个标准面分别由对应的测距工具进行检测。
作为优选的，所述上下料机器人(5)为六轴机器人。
作为优选的，所述第一测距工具(4)和第二测距工具(7)为通过传感器实现测距功能的测距工具。
本发明还提供一种机器人与机床坐标关系的标定方法，包括下述步骤：
第一步，卡盘(2)夹持住标准块(3)保持零位不动，装有测量单元的上下料机器人(5)靠近标准块(3)，当第一测距工具(4)位于标准块(3)大轴的上方时，上下料机器人(5)沿Z轴向下逼近标准块(3)的一个标准面，当第一测距工具(4)显示距离为某一指定值时即保持不变，记录下上下料机器人(5)位置；上下料机器人(5)再沿着标准块(3)的方向往卡盘靠近，移动一段距离后，打开第一测距工具(4)检测与标准面的距离，并相对于标准面调整机器人位姿，当第一测距工具(4)显示为预先设定的指定值时，保持机器人位置不变并记录下该位置，通过两个点的测量，确定上下料机器人绕Y轴的位姿；
第二步，上下料机器人(5)从机床外侧靠近标准块(3)，并在该步骤内时刻保持上下料机器人(5)不会绕着Y轴产生转动，当第一测距工具(4)位于标准块(3)大轴的前方时，上下料机器人(5)向内逼近标准块(3)的另一个标准面，当第二测距工具(7)显示距离为某一指定值时即保持不变，记录下上下料机器人(5)位置，上下料机器人(5)再沿着标准块(3)的方向往卡盘靠近，移动一段距离后，打开第二测距工具(7)检测与标准面的距离，并相对于标准面调整机器人位置，当第一测距工具(4)显示为预先设定的指定值时，保持机器人位置不变并记录下该位置，通过这两个点的测量，确定机器人绕Z轴的位姿；
第三步，构造基坐标系，标准块前端切面的法向与xOz平面的夹角为α，标准块上端切面的法向与xOy平面的夹角为β，由以上标定过程，得到α＝β＝0。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的一种机器人与机床坐标关系的标定装置维护方便，装置结构简单。
(2)本发明实现的上下料机器人与机床位姿关系标定可以有效提高机器人的示教精度及工作精度。
(3)本发明的方法可以有效的完成机器人与机床间的标定任务，操作简单，效率快。
附图说明
图1是本发明测量装置的结构示意图。
图2是本发明机床构成示意图。
图3是本发明标准块的三维结构图。
图4是坐标关系示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1、图2、图3所示，本实施例一种机器人与机床坐标关系的标定装置，包括机床1、卡盘2、标准块3、测量单元以及上下料机器人5；所述机床用于对应工件的机加工，所述卡盘用于夹持工件，所述测量单元用于机器人相对于机床的四个自由度的检测，所述标准块3用于辅助检测；所述上下料机器人5用于实现工件的上下料执行动作，所述测量单元包括两个相互垂直安装的第一测距工具4、第二测距工具7以及工具安装座6，整个测量单元安装在上下料机器人5的末端；当机床1上的卡盘2夹持住标准块3后，上下料机器人5夹持着测量单元逼近标准块3，通过检测标准块3上的两个标准面，实现机器人与机床位姿关系的标定。
标准块3由机床1上的卡盘2夹持，夹持位置为标准块3的小轴，，标准块3的大轴有两个相切的标准面，每一个标准面分别由对应的测距工具进行检测。
本发明机器人与机床坐标关系的标定方法，包括下述步骤：
第一步，卡盘2夹持住标准块3保持零位不动，装有测量单元的上下料机器人5靠近标准块3，当第一测距工具4位于标准块3大轴的上方时，上下料机器人5沿Z轴向下逼近标准块3的一个标准面，当第一测距工具4显示距离为某一指定值时即保持不变，记录下上下料机器人5位置，上下料机器人5再沿着标准块3的方向往卡盘靠近，移动一段距离后，打开第一测距工具4检测与标准面的距离，并相对于标准面调整机器人位姿，当测距工具4显示为预先设定的指定值时，保持机器人位置不变并记录下该位置，通过两个点的测量，可确定机器人绕Y轴的位姿。
第二步，上下料机器人5从机床外侧靠近标准块3，并在该步骤内时刻保持上下料机器人5不会绕着Y轴产生转动，当第一测距工具4位于标准块3大轴的前方时，上下料机器人5向内逼近标准块3的另一个标准面，当第二测距工具7显示距离为某一指定值时即保持不变，记录下上下料机器人5位置，上下料机器人5再沿着标准块3的方向往卡盘靠近，移动一段距离后，打开第二测距工具7检测与标准面的距离，并相对于标准面调整机器人位置，当第一测距工具4显示为预先设定的指定值时，保持机器人位置不变并记录下该位置。通过这两个点的测量，可确定机器人绕Z轴的位姿。
第三步，构造基坐标系，如图4所示，标准块前端切面的法向与xOz平面的夹角为α，标准块上端切面的法向与xOy平面的夹角为β，由以上标定过程，得到α＝β＝0。
本发明所述的各零部件可选型如下，但选型不限于此：
1.上下料机器人5：可选用六轴机器人或其他同类型的机器人。
2.第一测距工具4、第二测距工具7：可选用其他同类型的传感器或则有类似功能的部件代替。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人与机床坐标关系的标定方法，其特征在于，包括下述步骤：
第一步，卡盘(2)夹持住标准块(3)保持零位不动，装有测量单元的上下料机器人(5)靠近标准块(3)，当第一测距工具(4)位于标准块(3)大轴的上方时，上下料机器人(5)沿Z轴向下逼近标准块(3)的一个标准面，当第一测距工具(4)显示距离为预先设定的指定值时即保持不变，记录下上下料机器人(5)位置；上下料机器人(5)再沿着标准块(3)的方向往卡盘靠近，移动一段距离后，打开第一测距工具(4)检测与标准面的距离，并相对于标准面调整机器人位姿，当第一测距工具(4)显示为预先设定的指定值时，保持机器人位置不变并记录下该位置，通过两个点的测量，确定上下料机器人绕Y轴的位姿；
第二步，上下料机器人(5)从机床外侧靠近标准块(3)，并在该步骤内时刻保持上下料机器人(5)不会绕着Y轴产生转动，当第一测距工具(4)位于标准块(3)大轴的前方时，上下料机器人(5)向内逼近标准块(3)的另一个标准面，当第二测距工具(7)显示距离为预先设定的指定值时即保持不变，记录下上下料机器人(5)位置，上下料机器人(5)再沿着标准块(3)的方向往卡盘靠近，移动一段距离后，打开第二测距工具(7)检测与标准面的距离，并相对于标准面调整机器人位置，当第一测距工具(4)显示为预先设定的指定值时，保持机器人位置不变并记录下该位置，通过这两个点的测量，确定机器人绕Z轴的位姿；
第三步，构造基坐标系，标准块前端切面的法向与xOz平面的夹角为α，标准块上端切面的法向与xOy平面的夹角为β，由以上标定过程，得到α＝β＝0。
2.根据权利要求1所述机器人与机床坐标关系的标定方法，其特征在于，该标定方法应用于机器人与机床坐标关系的标定装置中，该标定装置包括机床(1)、卡盘(2)、标准块(3)、测量单元以及上下料机器人(5)；所述机床用于对应工件的机加工，所述卡盘用于夹持工件，所述测量单元用于机器人相对于机床的四个自由度的检测，所述标准块(3)用于辅助检测；所述上下料机器人(5)用于实现工件的上下料执行动作，所述测量单元包括两个相互垂直安装的第一测距工具(4)、第二测距工具(7)以及工具安装座(6)，整个测量单元安装在上下料机器人(5)的末端；当机床(1)上的卡盘(2)夹持住标准块(3)后，所述上下料机器人(5)夹持着测量单元逼近标准块(3)，通过检测标准块(3)上的两个标准面，实现机器人与机床位姿关系的标定。
3.根据权利要求2所述机器人与机床坐标关系的标定方法，其特征在于，所述标准块(3)包括大轴和小轴，小轴设置在大轴的一个端面上，所述小轴为圆柱体，所述大轴包括两个相切的标准面以及一个连接两个标准面的弧形面。
4.根据权利要求2所述机器人与机床坐标关系的标定方法，其特征在于，标准块(3)由机床(1)上的卡盘(2)夹持，夹持位置为标准块(3)的小轴，标准块(3)的大轴有两个相切的标准面，每一个标准面分别由对应的测距工具进行检测。
5.根据权利要求2所述机器人与机床坐标关系的标定方法，其特征在于，所述上下料机器人(5)为六轴机器人。
6.根据权利要求2所述机器人与机床坐标关系的标定方法，其特征在于，所述第一测距工具(4)和第二测距工具(7)为通过传感器实现测距功能的测距工具。
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面向数控机床群的上下料机器人视觉识别定位研究;陈四杰;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20140515;正文第4页第1段，第9页第2段 *

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