CN107796276B - 一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法 - Google Patents

一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107796276B
CN107796276B CN201711247251.XA CN201711247251A CN107796276B CN 107796276 B CN107796276 B CN 107796276B CN 201711247251 A CN201711247251 A CN 201711247251A CN 107796276 B CN107796276 B CN 107796276B
Authority
CN
China
Prior art keywords
robot
tool
standard
sharp point
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711247251.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107796276A (zh
Inventor
李振瀚
何姗姗
颜昌亚
马磊
汪敏敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan hanmai Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Wuhan Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Technology filed Critical Wuhan Institute of Technology
Publication of CN107796276A publication Critical patent/CN107796276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107796276B publication Critical patent/CN107796276B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明涉及一种估算工业机器人绝对定位精度的装置，包括固定在机器人工作空间中的某一个位置的标准工件以及标准工具，所述标准工件包括工件尖点，所述标准工具包括安装在机器人末端法兰盘上的工具底座以及与工具底座为一体成型结构的工具尖点，通过机器人示教器来示教机器人使工具尖点能以不同的姿态与标准工件的工件尖点接触，并获取工具尖点在机器人基坐标系下的位置坐标，通过不断获取的位置坐标值来实现对机器人的绝对定位精度的估算，所述装置结构简单，操作简单，操作人员能够快速完成工业机器人绝对定位精度的估算，并且成本低，适用于各大厂家，能够对不同厂家不同型号的机器人进行个性化定制。

Description

一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法
技术领域
本发明涉及工业机器人应用技术领域，尤其是涉及一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法。
背景技术
工业机器人广泛应用于装配、搬运、焊接、喷涂、激光切割等复杂作业中，一方面可以提高工作质量和效率，另一方面可以对人体安全起保障作用，同时，工业机器人对加工环境的改善以及生产成本的降低也有着重要的意义。随着工业机器人作业方式的多样化和复杂化，工业领域对机器人的精度要求变得越来越高。机器人的精度主要包括重复定位精度和绝对定位精度，重复定位精度是指对同一指令位姿从同一方向重复若干次之后实到位置的一致性程度，绝对定位精度是指机器人末端执行器上某一点的指令位置与实到位置集群的重心之差。在装配、搬运等作业中，机器人在示教模式作业时，对机器人的重复定位精度要求较高；而在焊接、喷涂或激光切割等作业中，机器人采用离线编程生成的自动轨迹作业时，对机器人的绝对定位精度要求会较高。目前，机器人厂家在机器人出厂时能够保证很高的重复定位精度，该重复定位精度已到达0.1mm量级，但却无法保证很高的绝对定位精度，大部分机器人的绝对定位精度只在cm量级。
目前国内外对机器人绝对定位精度估算的方法主是激光跟踪仪法，由于激光跟踪仪具有精度高、结构精巧的特点，在机器人精度估算和标定中得到很多应用，例如德国徕卡公司的AT-901激光跟踪仪精度在0.011mm左右。采用激光跟踪仪进行测量，虽然测量精度高，但是目前激光跟踪仪价格很昂贵，不具有普适性，并且激光跟踪仪法对操作人员的技术要求也很高，操作复杂，操作人员在测量时速度慢，效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低，并且具有普适性的估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法。
本发明所采用的技术方案是，一种估算工业机器人绝对定位精度的装置，包括：
标准工件，所述标准工件包括工件尖点，所述标准工件固定在机器人工作空间中的某一个位置；
标准工具：所述标准工具包括安装在机器人末端法兰盘上的工具底座以及与工具底座为一体成型结构的工具尖点，所述工具尖点能够以不同的姿态与标准工件的工件尖点接触；
本发明的有益效果是：通过机器人示教器来示教机器人，使固定在机器人上的标准工具的工具尖点以不同的姿态与固定在机器人工作空间中的标准工件的工件尖点接触，在不断接触的过程中，通过机器人示教器来记录下工具尖点的位置坐标，通过不断获取的位置坐标值来实现对机器人的绝对定位精度的估算，所述装置结构简单，操作简单，操作人员能够快速完成工业机器人绝对定位精度的估算，并且成本低，适用于各大厂家，能够对不同厂家不同型号的机器人进行个性化定制。
一种估算工业机器人绝对定位精度的方法，所述方法为：通过上述一种估算工业机器人绝对定位精度的装置来获取不同姿态下的工具尖点在机器人基坐标系中的位置坐标，然后根据获取的位置坐标来估算机器人绝对定位精度。
上述一种估算工业机器人绝对定位精度的装置获取不同姿态下的工具尖点在机器人基坐标系中的位置坐标的具体步骤为：
(1)、将标准工具安装在机器人末端的机器人法兰盘上，同时将标准工件固定在机器人工作空间中的某一个具体位置；
(2)、以机器人末端的机器人法兰盘为基准，建立法兰坐标系，以机器人的底座中心为原点，建立基坐标系，将工具尖点在法兰坐标系中的位置输入到机器人示教器中；
(3)、通过示教器示教机器人，使标准工具的工具尖点与标准工件的工件尖点接触，并记录当前工具尖点在基坐标系下的位置P1(x1,y1,z1)；
(4)、重复步骤(3)N-1次，每一次都使工具尖点以不同的姿态来完成与标准工件的工件尖点接触，并记第i次工具尖点在基坐标系下的位置坐标为Pi(xi,yi,zi)(i＞1)；
(5)、将步骤(3)和(4)中每一次获取的位置坐标设定为样本数据，将得到的所有样本数据设定为样本数据集合，并记为：
Figure BDA0001490969400000021
其中N>10。
上述根据获取的位置坐标来估算机器人绝对定位精度的具体步骤为：
(1)、根据样本数据集合
Figure BDA0001490969400000022
从中任意选取两个样本数据，并计算两个样本数据的差异向量
Figure BDA0001490969400000023
其中i表示其中一个样本数据的索引，j表示另一个样本数据索引，整理后记为
Figure BDA0001490969400000024
其中k表示差异向量的索引；
(2)、分别计算
Figure BDA0001490969400000025
的x,y,z分量的方差，x,y,z分量的方差为：
Figure BDA0001490969400000031
(3)、计算差异向量
Figure BDA0001490969400000037
的总方差，其总方差为：
Figure BDA0001490969400000032
(4)、计算样本数据集合
Figure BDA0001490969400000033
的方差
Figure BDA0001490969400000034
从而计算标准差
Figure BDA0001490969400000035
并将该标准差
Figure BDA0001490969400000036
作为机器人绝对定位精度的估计量。
所述一种估算工业机器人绝对定位精度的方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：第一、所述方法操作简单，仅需用户能够示教机器人即可完成数据采集，采集的数据只需记录标准工具的工具尖点在基坐标系下的位置信息，简单方便，格式简单；第二、本专利提出的机器人绝对定位精度估算方法是采用基于高斯分布的统计分析方法对样本数据进行估算，计算简单，实用性强，样本数据的标准差能够很好的反映机器人的绝对定位精度。
附图说明
图1为本发明一种估算工业机器人绝对定位精度的装置的标准工具4的结构示意图；
图2为本发明一种估算工业机器人绝对定位精度的装置的标准工件的结构示意图；
图3为本发明一种估算工业机器人绝对定位精度的装置在使用时的结构示意图；
如图所示：1、工具尖点；2、工具底座；3、工件尖点；4、标准工具；5、标准工件；6、机器人底座；7、机器人法兰盘；8、机器人；9、工件底座。
具体实施方式
以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。
本发明涉及一种估算工业机器人绝对定位精度的装置，包括：
标准工件5，所述标准工件5包括工件尖点3，所述标准工件5固定在机器人8工作空间中的某一个位置；
标准工具4：所述标准工具4包括安装在机器人8末端的机器人法兰盘7上的工具底座2以及与工具底座2为一体成型结构的工具尖点1，所述工具尖点1能够以不同的姿态与标准工件5的工件尖点3接触；
为了适用于不同厂家和不同型号的机器人8，标准工具4的工具底座2的直径应根据机器人8末端的机器人法兰盘7的大小来决定，所述标准工件5还包括工件底座9，标准工件5的工件尖点3到工件底座9中心点的长度可以根据机器人8工作空间的大小来决定，标准工具4的工具尖点1到工具底座2中心点的长度也是根据机器人8工作空间的大小来决定，所述工具尖点1和工件尖点3的锥度均建议在30°～60°之间。所述标准工件5和标准工具4均为轴对称结构，因标准工具4为轴对称结构，所以示教器中设置工具坐标系的x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴与法兰坐标系的x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴方向一致，则工具尖点1相对于法兰坐标系的位置坐标的x坐标和y坐标均为0，而z坐标的大小由工具尖点1距离工具底座2中心点的长度决定，可由游标卡尺测量得到。所述工具坐标系是以标准工具4的工具尖点1作为原点建立的坐标系，所述法兰坐标系是以机器人8末端的机器人法兰盘7的中心点作为原点建立的坐标系。
一种估算工业机器人绝对定位精度的方法，所述方法为：通过上述一种估算工业机器人绝对定位精度的装置来获取不同姿态下的工具尖点1在机器人8基坐标系中的位置坐标，然后根据获取的位置坐标来估算机器人8的绝对定位精度。
上述一种估算工业机器人绝对定位精度的装置获取不同姿态下的工具尖点1在机器人8基坐标系中的位置坐标的具体步骤为：
(1)、将标准工具4安装在机器人8末端的机器人法兰盘7上，同时将标准工件5固定在机器人8工作空间中的某一个位置；
(2)、以机器人8末端的机器人法兰盘7的中心点为原点，建立法兰坐标系，以机器人8的机器人底座6中心为原点，建立基坐标系，将工具尖点1在法兰坐标系中的位置输入到机器人示教器中；
(3)、通过示教器示教机器人8，使标准工具4的尖点与标准工件5的工件尖点3接触，并记录当前工具尖点1在基坐标系下的位置P1(x1,y1,z1)；
(4)、重复步骤(3)N-1次，每一次都使标准工具4的工具尖点1以不同的姿态来完成与标准工件5的工件尖点3接触，并记第i次工具尖点1在基坐标系下的位置坐标为Pi(xi,yi,zi)(i＞1)；
(5)、将步骤(3)和步骤(4)中每一次获取的位置坐标设定为样本数据，将得到的所有样本数据设定为样本数据集合，并记为：
Figure BDA0001490969400000041
其中N表示工具尖点1的N个不同姿态，N个不同的姿态之间应变化越大越好。为保证统计数据的准确性，N的取值范围为N>10，即取值越大越好。
已知上述步骤(5)获得的样本数据为
Figure BDA0001490969400000042
从概率论角度出发，假设标准工具4的工具尖点1和标准工件5的工件尖点3接触时，工具尖点1在基坐标系中的的x坐标、y坐标以及z坐标是符合高斯分布的三个随机变量,即:
Figure BDA0001490969400000051
Figure BDA0001490969400000052
其中
Figure BDA0001490969400000053
Figure BDA0001490969400000054
其中μx，μy，μz是高斯分布的均值，
Figure BDA0001490969400000055
为高斯分布的方差。为了计算
Figure BDA0001490969400000056
假设x1，x2分别为任意两次接触实验中所得到的工具尖点1的x坐标，且x1，x2两者相互独立，根据以上假设，x1，x2可看做两个符合高斯分布的随机变量，可以表示为：
Figure BDA0001490969400000057
Figure BDA0001490969400000058
则x1-x2符合以下高斯分布：
Figure BDA0001490969400000059
同理假设y1，y2分别为任意两次接触实验所得到的工具尖点1的y坐标,z1，z2分别为任意两次接触实验所得到的工具尖点1的z坐标,则
Figure BDA00014909694000000510
上述根据获取的位置坐标来估算机器人绝对定位精度的具体步骤为：
(1)、根据样本数据集合
Figure BDA00014909694000000511
从中任意选取两个样本数据，并计算两个样本数据的差异向量
Figure BDA00014909694000000512
整理后记为
Figure BDA00014909694000000513
(2)、分别计算
Figure BDA00014909694000000514
的x,y,z分量的方差:
Figure BDA00014909694000000515
Figure BDA00014909694000000516
(3)、计算差异向量
Figure BDA00014909694000000517
的总方差，其总方差为：
Figure BDA00014909694000000518
(4)、计算出样本数据集合
Figure BDA00014909694000000519
的方差
Figure BDA00014909694000000520
从而计算标准差
Figure BDA00014909694000000521
并将该标准差
Figure BDA00014909694000000522
作为机器人8的绝对定位精度的估计量。
在机器人绝对定位精度估算中，因系统性误差可以通过工件坐标系的标定来消除，本专利忽略系统性误差的影响。

Claims (1)

1.一种估算工业机器人绝对定位精度的方法，其特征在于：实施该方法所对应的装置包括：
标准工件(5)，所述标准工件(5)包括工件尖点(3)，所述标准工件(5)固定在机器人(8)的工作空间中的某一个位置；
标准工具(4)，所述标准工具(4)包括安装在机器人(8)末端的机器人法兰盘(7)上的工具法兰盘(2)以及与工具底座(2)为一体成型结构的工具尖点(1)，所述工具尖点(1)能够以不同的姿态与标准工件(5)的工件尖点(3)接触；
估算工业机器人绝对定位精度的方法为：通过上述装置来获取不同姿态下的工具尖点(1)在机器人(8)基坐标系中的位置坐标，然后根据获取的位置坐标来估算机器人(8)的绝对定位精度；所述获取不同姿态下的工具尖点(1)在机器人(8)基坐标系中的位置坐标的具体步骤为：
第一、将标准工具(4)安装在机器人(8)末端的机器人法兰盘(7)上，同时将标准工件(5)固定在机器人工作空间中的某一个具体位置；
第二、以机器人(8)末端的机器人法兰盘(7)为基准，建立法兰坐标系，以机器人底座(6)的中心为原点，建立基坐标系，将工具尖点(1)在法兰坐标系中的位置输入到机器人示教器中；
第三、通过示教器示教机器人，使标准工具(4)的工具尖点(1)与标准工件(5)的工件尖点(3)接触，并记录当前工具尖点(1)在基坐标系下的位置P1(x1,y1,z1)；
第四、重复步骤三N-1次，每一次都使标准工具(4)的工具尖点(1)以不同的姿态来完成与标准工件(5)的工件尖点(3)接触，并记第i次工具尖点(1)在基坐标系下的位置坐标为Pi(xi,yi,zi)(i＞1)；
第五、将步骤三和步骤四中每一次获取的位置坐标设定为样本数据，将得到的所有样本数据设定为样本数据集合，并记为：
Figure FDA0002247256090000011
其中N>10；
第六、根据样本数据集合
Figure FDA0002247256090000012
从中任意选取两个样本数据，并计算两个样本数据的差异向量
Figure FDA0002247256090000013
其中i表示其中一个样本数据的索引，j表示另一个样本数据的索引，整理后记为
Figure FDA0002247256090000014
其中k表示差异向量的索引；
第七、分别计算
Figure FDA0002247256090000021
的x,y,z分量的方差，x,y,z分量的方差为：
Figure FDA0002247256090000022
第八、计算差异向量
Figure FDA0002247256090000023
的总方差，其总方差为：
Figure FDA0002247256090000024
第九、计算样本数据集合
Figure FDA0002247256090000025
的方差
Figure FDA0002247256090000026
从而计算标准差
Figure FDA0002247256090000027
并将该标准差
Figure FDA0002247256090000028
作为机器人(8)的绝对定位精度的估计量。
CN201711247251.XA 2017-09-12 2017-12-01 一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法 Active CN107796276B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710814826 2017-09-12
CN2017108148265 2017-09-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107796276A CN107796276A (zh) 2018-03-13
CN107796276B true CN107796276B (zh) 2020-05-15

Family

ID=61537315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711247251.XA Active CN107796276B (zh) 2017-09-12 2017-12-01 一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107796276B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110411311A (zh) * 2018-04-27 2019-11-05 北京联合大学 一种机器人工具坐标系测定用三杆式装置及方法
CN109278066B (zh) * 2018-10-30 2023-11-03 武汉工程大学 一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法
CN110202575B (zh) * 2019-06-05 2022-07-19 武汉工程大学 一种用于工业测量的机器人目标轨迹精度补偿方法
CN111216138A (zh) * 2020-04-09 2020-06-02 季华实验室 机器人标定方法、机器人标定系统及可读存储介质
CN111872921B (zh) * 2020-07-28 2022-04-05 海克斯康制造智能技术(青岛)有限公司 一种机器人双夹手校准系统及示教方法
CN113340198A (zh) * 2021-06-09 2021-09-03 配天机器人技术有限公司 一种机器人姿态测量方法及机器人姿态测量系统
CN114102595B (zh) * 2021-11-29 2023-10-27 苏州艾利特机器人有限公司 一种机器人标定方法、标定组件及存储介质
CN114474045A (zh) * 2021-12-23 2022-05-13 上海新时达机器人有限公司 一种机器人的绝对精度检测方法、装置及机器人

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5408754A (en) * 1993-02-23 1995-04-25 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for measuring sleeping positions
US5794356A (en) * 1993-02-23 1998-08-18 Faro Technologies, Inc. Three dimensional coordinate measuring apparatus
CN101231749A (zh) * 2007-12-20 2008-07-30 昆山华恒工程技术中心有限公司 一种工业机器人的标定方法
CN102230783A (zh) * 2011-05-04 2011-11-02 南京航空航天大学 一种用于工业机器人的空间立体网格精度补偿方法
CN107042527A (zh) * 2017-05-20 2017-08-15 天津大学 一种基于三维力传感器的工业机器人标定装置及标定方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105818132B (zh) * 2016-03-31 2018-10-02 湖南化工职业技术学院 一种工业机器人吸盘式工具手标定定位方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5408754A (en) * 1993-02-23 1995-04-25 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for measuring sleeping positions
US5794356A (en) * 1993-02-23 1998-08-18 Faro Technologies, Inc. Three dimensional coordinate measuring apparatus
CN101231749A (zh) * 2007-12-20 2008-07-30 昆山华恒工程技术中心有限公司 一种工业机器人的标定方法
CN102230783A (zh) * 2011-05-04 2011-11-02 南京航空航天大学 一种用于工业机器人的空间立体网格精度补偿方法
CN107042527A (zh) * 2017-05-20 2017-08-15 天津大学 一种基于三维力传感器的工业机器人标定装置及标定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
针对手术空间的医疗机器人参数优化;陈华等;《高技术通讯》;20141231;284-288页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107796276A (zh) 2018-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107796276B (zh) 一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法
CN109623656B (zh) 基于厚度在线检测的移动式双机器人协同打磨装置及方法
CN108748159B (zh) 一种机械臂工具坐标系自标定方法
CN106272416B (zh) 基于力觉和视觉的机器人细长轴精密装配系统及方法
CN104057290B (zh) 一种基于视觉和力反馈控制的机器人装配方法与系统
US9333654B2 (en) Robot parts assembly on a workpiece moving on an assembly line
CN108748152B (zh) 一种机器人示教方法及系统
EP3068607A1 (en) System for robotic 3d printing
CN104165585B (zh) 单台机器人工具坐标系的非接触式高精度标定方法
CN109848989B (zh) 一种基于红宝石探针的机器人执行末端自动标定及检测方法
JP6821934B2 (ja) ロボットシステム及びロボットの制御方法
CN110076780B (zh) 基于视觉和力反馈位姿调节的机器人装配方法及系统
CN111515928B (zh) 机械臂运动控制系统
CN110281152B (zh) 一种基于在线试触的机器人恒力打磨路径规划方法及系统
CN113799130B (zh) 一种人机协作装配中的机器人位姿标定方法
Theissen et al. Quasi-static compliance calibration of serial articulated industrial manipulators
KR101205363B1 (ko) ６자유도 제어기를 이용한 ４자유도 로봇 제어방법 및 제어장치
CN106546184A (zh) 大型复杂曲面三维形貌机器人柔性测量系统
CN112476435A (zh) 重力加速度方向的标定方法、标定装置及存储介质
Zhang et al. Vision-guided robotic assembly using uncalibrated vision
Abdullah et al. Force/torque data modeling for contact position estimation in peg-in-hole assembling application
CN114248270A (zh) 基于人工智能的工业机器人精度补偿方法
Liu et al. An automated method to calibrate industrial robot kinematic parameters using Spherical Surface constraint approach
CN113325430A (zh) 末端执行器安装精度测量方法、装置、设备及存储介质
CN112123329B (zh) 一种机器人3d视觉手眼标定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210331

Address after: No.10, 17th floor, R & D building, No.1 modern service base, Science Park, Huazhong University of science and technology, No.13-1, daxueyuan Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000

Patentee after: Wuhan hanmai Technology Co.,Ltd.

Address before: No. 366, Zhuodaoquan Road, Wuhan City, Hubei Province 430205

Patentee before: WUHAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right