CN108748150A - 面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法 - Google Patents

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王桃章
杨长祺
李中权
张小龙
郭具涛
王林
金永乔
赵耀邦
钟益平
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    • B25J9/16—Programme controls
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Abstract

本发明涉及面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法，该方法在机器人末端执行器上加装激光位移传感器，设置参照物，通过激光位移传感器实时测量当前姿态下末端执行器与参照物的相对位置，在计算机中计算末端执行器的实际位置并将实际位置与理论位置进行比较，将比较的差值补偿到机器人加工程序中，再将生成的新机器人加工程序传送给机器人控制系统，实现对机器人加工轨迹的实时调整，提高工业机器人加工精度，同时与利用激光跟踪仪进行实时补偿相比，成本将大幅降低。

Description

面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法
技术领域
本发明涉及机器人加工领域，具体涉及一种面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法。
背景技术
工业机器人由于有着可编程、高柔性、易维护等优点，应用愈发广泛。目前，利用机器人进行工件机械加工的应用日益增加，机器人加工的程序一般采用离线编程模式或示教模式进行，示教模式效率低，离线编程模式效率高，因此，离线编程模式应用潜力更巨大。但目前工业机器人绝对精度较低，直接利用离线编程产生的程序进行加工，加工精度较差。
现有技术中面向机器人加工的实时补偿方法，大多采用机器视觉手段，如激光跟踪仪进行补偿，激光跟踪仪作为补偿手段提高了机器人加工的运行精度，但激光跟踪仪价格昂贵，制约了该技术在工业机器人加工上的广泛应用。因此，有必要研究一种低成本的实时补偿系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法，利用激光位移传感器实时测量机器人末端执行器实际位置，以实现实时位置补偿，提高机器人加工精度且成本低。
为了达到上述的目的，本发明提供一种面向机器人加工的低成本实时补偿装置，包括激光位移传感器、参考物、计算机和控制系统；所述激光位移传感器安装在机器人末端执行器上；所述参考物设置在与待加工工件相对位置确定的位置上；所述激光位移传感器用于测量当前姿态点下机器人末端执行器相对参照物的位置，并反馈至所述计算机；所述计算机通过计算获取机器人末端执行器实际位置，并求解该实际位置与理论位置的差值，判断该差值是否小于指定阈值，若是，机器人继续执行原运动程序，运动至下一个姿态点，若否，所述计算机根据该差值对原运动程序进行修改，生成新的运动程序，并将新的运动程序输送给所述控制系统，由所述控制系统控制所述机器人末端执行器执行新的运动程序。
本发明提供的另一技术方案是面向机器人加工的低成本实时补偿方法，包括以下步骤：
1)机器人末端执行器运动至某一姿态点；
2)激光位移传感器测量当前姿态点下机器人末端执行器相对参照物的位置，并反馈至计算机，由计算机计算出机器人末端执行器的实际位置；
3)计算机计算该实际位置与理论位置的差值Δ，并判断是否|Δ|≤指定阈值，若是，执行步骤8)，若否，执行步骤4)；
4)计算机根据该差值Δ对相应运动程序进行修改，生成新的运动程序，并将新的运动程序输送给控制系统；
5)控制系统控制机器人末端执行器执行新的运动程序；
6)激光位移传感器测量此时机器人末端执行器相对参照物的位置，并反馈至计算机，由计算机计算出机器人末端执行器此时的实际位置；
7)计算机计算实际位置与理论位置的差值Δ′，并判断是否|Δ′|≤指定阈值，若是，执行步骤8)，若否，计算机根据差值Δ′对运动程序进行再次修改，并将修改后的运动程序输送给控制系统，返回步骤5)；
8)执行下一个运动程序，机器人末端执行器运动至下一姿态点，返回步骤2)。
上述面向机器人加工的低成本实时补偿方法，其中，所述激光位移传感器是一个、两个、三个或多个。
上述面向机器人加工的低成本实时补偿方法，其中，所述激光位移传感器安装在机器人末端执行器上；所述参考物设置在与待加工工件相对位置确定的位置上。
上述面向机器人加工的低成本实时补偿方法，其中，所述参考物设置在工装上，所述工装用于夹持待加工工件。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明利用激光位移传感器测量位置，实现实时位置补偿，提高了加工精度，且相比花费上百万的激光跟踪仪，成本大幅降低；
本发明可根据实际需要调整激光位移传感器的数量，激光位移传感器的数量可以是1个至多个，原则上可实现无数个激光位移传感器的设置，相比激光跟踪仪方式进行补偿的方法，扩展性更好，柔性程度更高。
附图说明
本发明的面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明的面向机器人加工的低成本实时补偿装置的示意图。
图2是本发明较佳实施例的面向机器人加工的低成本实时补偿方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合图1～图2对本发明的面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法作进一步的详细描述。
图1所示为本发明的面向机器人加工的低成本实时补偿装置的示意图。
如图1所示，所述面向机器人加工的低成本实时补偿装置包括激光位移传感器1、参考物4、计算机5和控制系统6；
所述激光位移传感器1安装在机器人末端执行器2上；
所述参考物4设置在与待加工工件3相对位置确定的位置上，例如，所述参考物4设置在工装上，所述工装用于夹持待加工工件3；
所述激光位移传感器1用于测量当前姿态点下机器人末端执行器2相对参照物4的位置，并反馈至所述计算机5；所述计算机5通过计算获取机器人末端执行器2实际位置，并求解该实际位置与理论位置的差值，判断该差值是否小于指定阈值，若是，机器人继续执行原运动程序，运动至下一个姿态点，若否，所述计算机5根据该差值对原运动程序进行修改，生成新的运动程序，并将新的运动程序输送给所述控制系统6，由所述控制系统6控制所述机器人末端执行器2执行新的运动程序。
机器人末端执行器2运动轨迹由运动程序决定，运动程序装载于计算机5中，由计算机5根据运动程序向控制系统6发送运动指令，控制系统6根据运动指令控制机器人末端执行器2运动，从而实现机械加工操作。
所述计算机5和控制系统6均采用工业机器人中已有的计算机和控制器，即本发明的面向机器人加工的低成本实时补偿装置只增设了激光位移传感器1和参考物4。
所述激光位移传感器1可以是一个、两个、三个或多个。
本发明提供的面向机器人加工的低成本实时补偿方法，采用上述面向机器人加工的低成本实时补偿装置，包括以下步骤：
1)机器人末端执行器2运动至某一姿态点；
2)激光位移传感器1测量当前姿态点下机器人末端执行器2相对参照物4的位置，并反馈至计算机5，由计算机5计算出机器人末端执行器2的实际位置；
3)计算机5计算该实际位置与理论位置的差值Δ，并判断是否|Δ|≤指定阈值，若是，执行步骤8)，若否，执行步骤4)；
4)计算机5根据该差值Δ对相应运动程序进行修改，生成新的运动程序，并将新的运动程序输送给控制系统6；
5)控制系统6控制机器人末端执行器2执行新的运动程序；
6)激光位移传感器1测量此时机器人末端执行器2相对参照物4的位置，并反馈至计算机5，由计算机5计算出机器人末端执行器2此时的实际位置；
7)计算机5计算实际位置与理论位置的差值Δ′，并判断是否|Δ′|≤指定阈值，若是，执行步骤8)，若否，计算机5根据差值Δ′对运动程序进行再次修改，并将修改后的运动程序输送给控制系统6，返回步骤5)；
8)执行下一个运动程序，机器人末端执行器2运动至下一姿态点，返回步骤2)。
本发明在离线编程模式生成的理论机器人加工程序基础上，利用激光位移传感器实时测量执行器实际位置，将该实际位置与理论机器人加工程序的理论位置进行比对，若两者差值超过指定阈值，则将该差值补偿至理论机器人加工程序中的运行程序中，并生成新的运行程序，机器人按新的运行程序运动，经过多次迭代计算及机器人补偿运动，直至实际位置与理论位置的差值在指定阈值内，则补偿完毕，机器人达到指定位置(理论位置)。本发明的应用可有效提高机器人加工精度。
现以具体实施例详细说明本发明的面向机器人加工的低成本实时补偿方法。
本实施例中，在机器人末端执行器上安装三个激光位移传感器，分别在X、Y、Z方向上测量机器人末端执行器与参照物之间的距离，由此可获得机器人末端执行器相对参照物的位置；参照物设置在工装上。
图2所示为本实施例的面向机器人加工的低成本实时补偿方法的流程图。参见图2，所述面向机器人加工的低成本实时补偿方法包括：
(1)理论机器人加工程序中将机器人末端执行器运动轨迹分为若干个姿态点之间的运动，如点A(Xa,Ya,Za)→点B(Xb,Yb,Zb)→点C(Xc,Yc,Zc)→点D(Xd,Yd,Zd)……形成的运动轨迹，由一个一个运动程序控制执行；
(2)机器人末端执行器按理论机器人加工程序运行至姿态点A，三个激光位移传感器分别采集X、Y、Z方向上机器人末端执行器与参照物之间的距离x1、y1、z1，并将采集数据反馈至计算机；计算机根据三个激光位移传感器采集的数据计算出机器人末端执行器实际位置A1(Xa1,Ya1,Za1)，并计算差值Δ1，Δ1＝A1-A＝(Δx1,Δy1,Δz1)＝(Xa1-Xa,Ya1-Ya,Za1-Za)；
(3)计算|Δ1|，若|Δ1|≤阈值，则判定机器人已经准确运行至姿态点A，机器人执行下一步程序，运行至姿态点B(Xb,Yb,Zb)；
(4)若|Δ1|＞阈值，则判定机器人未准确到达姿态点A，计算机根据Δ1对理论机器人加工程序中的相应运动程序进行修改，生成新的运动程序，并将新的运动程序输送给控制系统，控制系统根据新的运动程序控制机器人末端执行器在X、Y、Z三个方向上分别运行-Δx1、-Δy1、-Δz1的距离；
(5)三个激光位移传感器分别采集X、Y、Z方向上机器人末端执行器与参照物之间的距离x2、y2、z2，计算机计算机器人末端执行器的实际位置A2(Xa2,Ya2,Za2)，并计算差值Δ2，Δ2＝A2-A＝(Δx2,Δy2,Δz2)＝(Xa2-Xa,Ya2-Ya,Za2-Za)；
(6)计算|Δ2|，若|Δ2|≤阈值，则判定机器人已经准确运行至姿态点A，机器人执行下一步程序，运行至姿态点B(Xb,Yb,Zb)；
(7)若|Δ2|＞阈值，则判定机器人仍未准确到达姿态点A，还需进行位置补偿，计算机根据Δ2对运动程序进行再次修改，控制系统控制机器人末端执行器在X、Y、Z三个方向上分别运行-Δx2、-Δy2、-Δz2的距离；
(8)三个激光位移传感器分别采集X、Y、Z方向上机器人末端执行器与参照物之间的距离x3、y3、z3，计算机计算机器人末端执行器的实际位置A3(Xa3,Ya3,Za3)，并计算差值Δ3，Δ3＝A3-A＝(Δx3,Δy3,Δz3)＝(Xa3-Xa,Ya3-Ya,Za3-Za)；
(9)计算|Δ3|，若|Δ3|≤阈值，则判定机器人已经准确运行至姿态点A，机器人执行下一步程序，运行至姿态点B(Xb,Yb,Zb)；
(10)若|Δ3|＞阈值，则判定机器人还未准确到达姿态点A，继续进行位置补偿，计算机根据Δ3对运动程序再次进行修改，控制系统控制机器人末端执行器在X、Y、Z三个方向上分别运行-Δx3、-Δy3、-Δz3的距离；
(11)……；
(12)依次迭代计算，直至|Δn|≤阈值，即机器人准确运行至姿态点A，机器人执行下一步程序，运行至姿态点B(Xb,Yb,Zb)；
(13)按以上流程分别运行至姿态点C、点D……直至完成机器人加工轨迹。
本发明的面向机器人加工的低成本实时补偿装置及方法适用于各类机械加工作业，例如切割、筒状工件内腔加工。

Claims (5)

1.面向机器人加工的低成本实时补偿装置，其特征在于，包括激光位移传感器、参考物、计算机和控制系统；
所述激光位移传感器安装在机器人末端执行器上；
所述参考物设置在与待加工工件相对位置确定的位置上；
所述激光位移传感器用于测量当前姿态点下机器人末端执行器相对参照物的位置，并反馈至所述计算机；所述计算机通过计算获取机器人末端执行器实际位置，并求解该实际位置与理论位置的差值，判断该差值是否小于指定阈值，若是，机器人继续执行原运动程序，运动至下一个姿态点，若否，所述计算机根据该差值对原运动程序进行修改，生成新的运动程序，并将新的运动程序输送给所述控制系统，由所述控制系统控制所述机器人末端执行器执行新的运动程序。
2.面向机器人加工的低成本实时补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)机器人末端执行器运动至某一姿态点；
2)激光位移传感器测量当前姿态点下机器人末端执行器相对参照物的位置，并反馈至计算机，由计算机计算出机器人末端执行器的实际位置；
3)计算机计算该实际位置与理论位置的差值Δ，并判断是否|Δ|≤指定阈值，若是，执行步骤8)，若否，执行步骤4)；
4)计算机根据该差值Δ对相应运动程序进行修改，生成新的运动程序，并将新的运动程序输送给控制系统；
5)控制系统控制机器人末端执行器执行新的运动程序；
6)激光位移传感器测量此时机器人末端执行器相对参照物的位置，并反馈至计算机，由计算机计算出机器人末端执行器此时的实际位置；
7)计算机计算实际位置与理论位置的差值Δ′，并判断是否|Δ′|≤指定阈值，若是，执行步骤8)，若否，计算机根据差值Δ′对运动程序进行再次修改，并将修改后的运动程序输送给控制系统，返回步骤5)；
8)执行下一个运动程序，机器人末端执行器运动至下一姿态点，返回步骤2)。
3.如权利要求2所述的面向机器人加工的低成本实时补偿方法，其特征在于，所述激光位移传感器是一个、两个、三个或多个。
4.如权利要求2所述的面向机器人加工的低成本实时补偿方法，其特征在于，所述激光位移传感器安装在机器人末端执行器上；所述参考物设置在与待加工工件相对位置确定的位置上。
5.如权利要求4所述的面向机器人加工的低成本实时补偿方法，其特征在于，所述参考物设置在工装上，所述工装用于夹持待加工工件。
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