CN109176305A - 一种机器人三维纠偏定位设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人设备技术领域，具体涉及一种机器人三维纠偏定位设备，包括机器人、检测机构、上下料机构、磨光机和控制机构，所述机器人、所述检测机构、上下料机构和所述磨光机均与所述控制机构连接；所述检测机构包括安装架、激光测距仪、接触式测距仪、拍摄装置和处理装置，所述安装架设置有支架、遮光室和仪器室，所述激光测距仪、所述接触式测距仪、所述拍摄装置均设置于所述仪器室，所述处理装置设置于所述支架，该系统能对工件进行检测和调整，防止由于工件的形位公差和夹具的误差使工件与打磨轮之间的路径无法与设定路径重合，造成工件的不良甚至报废。此外，本发明还公开了一种机器人三维纠偏定位的方法。

Description

一种机器人三维纠偏定位设备及方法

技术领域

本发明属于机器人设备技术领域，具体涉及一种机器人三维纠偏定位设备及方法。

背景技术

工业机器人的位置和姿态在计算机里是以立体空间的坐标系数据建立储存和运算的。计算机系统里的坐标系按用途又可分为不同种类，常见的有这三种（最普遍的名称）：世界坐标（它的原点固定在机器人的底座上，不可更改定义位置），用户坐标（在系统里可以定义原点位置及方向），工具坐标（它与世界坐标系的距离及方向原点决定了机器人末端法兰盘的位置和姿态，也称TCP点，可以定义原点位置及方向）。它们的关系是：工具坐标系嵌套在用户坐标系里，用户坐标系嵌套在世界坐标系里，世界坐标系是空间整体的坐标系。在以上这一原理基础之上，如果改变了工具坐标系的X，Y，Z，W，P，R数据，侧TCP相对与世界坐标系的空间位置姿态也改变了。从而，就改变了机器人末端法兰盘的运动轨迹及立体姿态。

在通常的打磨系统中，TCP的X，Y，Z，W，P，R数据在程序里被固定不动。程序运行时没有相应的机构与指令去更改它，当机器人末端夹持出现偏差时，也就无法保证精密打磨的需求。

目前机器人抛光打磨系统中通常采用人工示教编程和离线编程两种方式进行打磨抛光路径的规划，机器人只能对X、Y、R方向上进行纠偏，而不能对Z、W、P方向进行纠偏，此种方式只适合形位公差比较标准的零件进行打磨抛光加工，当工件形位公差变化较大时此方法将无法适合生产，会磨伤工件甚至将产品打磨报废，增加了后续的人为补救时间和物耗，增加了企业的生产成本，有的企业甚至为此放弃了机器人打磨抛光的想法，如上困扰需要一种能够自适应、自整定工件误差和夹具误差的纠偏定位系统。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供的一种机器人三维纠偏定位设备，该系统能对工件进行检测和调整，防止工件打磨由于形位公差造成报废。

为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种机器人三维纠偏定位设备，包括机器人、检测机构、上下料机构、磨光机和控制机构，所述机器人、所述检测机构、上下料机构和所述磨光机均与所述控制机构连接；所述检测机构包括安装架、激光测距仪、接触式测距仪、拍摄装置和处理装置，所述安装架设置有支架、遮光室和仪器室，所述激光测距仪、所述接触式测距仪、所述拍摄装置均设置于所述仪器室，所述处理装置设置于所述支架。

作为本发明所述的机器人三维纠偏定位设备的改进，所述遮光室分别开设有与所述激光测距仪和所述拍摄装置对应的第一观察孔和第二观察孔，通过第一观察孔，激光测距仪能对工件进行测量，通过第二观察孔，拍摄装置能对工件进行拍摄。

作为本发明所述的机器人三维纠偏定位设备的改进，所述拍摄装置包括相机与光源，所述光源位于所述相机的下方。

作为本发明所述的机器人三维纠偏定位设备的改进，所述处理装置设置有图像处理系统、激光测距仪处理系统和接触式测距仪处理系统，所述图像处理系统与所述拍摄装置连接，所述激光测距仪处理系与所述激光测距仪连接，所述接触式测距仪处理系统与所述接触式测距仪连接。

作为本发明所述的机器人三维纠偏定位设备的改进，所述检测机构还包括显示装置，所述显示装置设置于所述安装架，所述显示器用于显示被测工件的空间位置信息。

作为本发明所述的机器人三维纠偏定位设备的改进，所述控制机构设置有PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器用于计算所述检测机构测量的工件数据与基准的偏差值。

作为本发明所述的机器人三维纠偏定位设备的改进，所述机器人末端设置有抓手，所述抓手用于夹持工件。

与现有技术相比，该系统能对工件进行检测和调整，防止由于工件的形位公差和夹具的误差使工件与打磨轮之间的路径无法与设定路径重合，造成工件的不良甚至报废。

本发明的目的之二在于，针对现有技术不足而提供的一种机器人三维纠偏定位的方法，包括以下步骤：

步骤1）上料：机器人抓取工件；

步骤2）粗调：相机对工件进行拍摄，获取工件的坐标信息，PLC程序计算与基准的偏差值，粗调X、Y、R坐标，再用激光测距仪对工件进行测量，PLC程序计算与基准的偏差值，粗调Z、W、P坐标；

步骤3）精调：将执行完步骤2）的工件继续用相机进行拍摄，获取工件的坐标信息，PLC程序计算与基准的偏差值，精细调节X、Y、R坐标，再用接触式测距仪进行测量，PLC程序计算与基准的偏差值，精细调节Z、W、P坐标；

步骤4）打磨及下料：对执行完步骤3）的工件进行打磨，打磨完毕后将工件放回上下料机构进行下料。

作为本发明所述的机器人三维纠偏定位的方法，包括以下步骤：

步骤1）上料：机器人通过抓手在上下料机构抓取工件，并将工件放置于遮光室；

步骤2）粗调：相机对工件进行拍摄，图像处理模块将获取的图像信息进行处理，根据图像处理模块反馈的信息，PLC程序计算与基准的偏差值，根据偏差值，控制机器人进行X、Y、R坐标的调节，再用激光测距仪对工件进行测量，激光测距仪处理模块对激光测距仪测量的数据进行处理，并将数据反馈给控制机构，PLC程序根据测量结果计算与基准的偏差值，控制机器人进行Z、W、P坐标的调节；

步骤3）精调：将执行完步骤2）的工件继续用相机进行拍摄，图像处理模块将获取的图像信息进行处理，根据图像处理模块反馈的信息，PLC程序计算与基准的偏差值，控制机器人进行X、Y、R坐标的调节，再用接触式测距仪对工件进行测量，接触式测距仪处理模块对接触式测距仪测量的数据进行处理，并将数据反馈给控制机构，PLC程序根据测量结果计算与基准的偏差值，控制机器人进行Z、W、P坐标的调节；

步骤4）打磨及下料：机器人将执行完步骤3）的工件移到磨光机中进行打磨，打磨完毕后将工件放回上下料机构进行下料。

与现有技术相比，本发明不仅能对工件的空间位置进行X、Y、R方向的纠偏，还能进行Z、W、P方向的纠偏，使工件按照指定的路径进行打磨，提高生产质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1 为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明的工作流程图；

图4为本发明的空间坐标示意图；

其中，1-机器人；11-抓手；2-检测机构；21-安装架；211-支架；212-遮光室；213-仪器室；214-第一观察孔；215-第二观察孔；22-激光测距仪；23-接触式测距仪；24-拍摄装置；241-相机；242-光源；25-处理装置； 251-图像处理模块；252-激光测距仪处理模块；253-接触式测距仪处理模块；26-显示装置；3-上下料机构；4-磨光机；5-控制机构。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1~2所示，一种机器人三维纠偏定位设备，包括机器人1、检测机构2、上下料机构3、磨光机4和控制机构5，机器人1、检测机构2、上下料机构3和磨光机4均与控制机构5连接；检测机构2包括安装架21、激光测距仪22、接触式测距仪23、拍摄装置24和处理装置25，安装架21设置有支架211、遮光室212和仪器室213，激光测距仪22、接触式测距仪23、拍摄装置24均设置于仪器室213，处理装置25设置于支架211。

优选的，遮光室212分别开设有与激光测距仪22和拍摄装置24对应的第一观察孔214和第二观察孔215，被检测的工件放置于遮光室212中，通过第一观察孔214，激光测距仪22能对工件进行测量，通过第二观察孔215，拍摄装置24能对工件进行拍摄。

优选的，拍摄装置24包括相机241与光源242，光源242位于相机241的下方。

优选的，处理装置25设置有图像处理模块251、激光测距仪处理模块252和接触式测距仪处理模块253，图像处理模块251与拍摄装置24连接，激光测距仪处理模块252与激光测距仪22连接，接触式测距仪处理模块253与接触式测距仪23连接。

优选的，检测机构2还包括显示装置26，显示装置26设置于安装架21，显示装置26用于显示被测工件的空间位置信息。

优选的，控制机构5设置有PLC可编程控制器，PLC可编程控制器用于计算检测机构2测量的工件数据与基准的偏差值。

优选的，机器人1末端设置有抓手11，抓手11用于夹持工件。

实施例2

如图1~4所示，一种机器人三维纠偏定位的方法，包括以下步骤：

步骤1）上料：机器人1通过抓手11在上下料机构3抓取工件，并将工件放置于遮光室212；

步骤2）粗调：相机241对工件进行拍摄，图像处理模块251将获取的图像信息进行处理，根据图像处理模块251反馈的信息，PLC程序计算与基准的偏差值，根据偏差值，控制机器人1进行X、Y、R坐标的调节，再用激光测距仪22对工件进行测量，激光测距仪处理模块252对激光测距仪22测量的数据进行处理，并将数据反馈给控制机构5，PLC程序根据测量结果计算与基准的偏差值，控制机器人1进行Z、W、P坐标的调节，其中，XYZ轴的误差来自于机器人抓手11抓取工件的误差，一般误差范围为±3mm左右，经过粗调可以将误差控制在±1mm以内，WPR方向的误差来自工件的误差和夹治具的误差，一般误差范围为±3°左右，经过粗调可以将误差控制在±1°以内；

步骤3）精调：将执行完步骤2）的工件继续用相机241进行拍摄，图像处理模块251将获取的图像信息进行处理，根据图像处理模块251反馈的信息，PLC程序计算与基准的偏差值，控制机器人1进行X、Y、R坐标的调节，再用接触式测距仪23对工件进行测量，接触式测距仪处理模块253对接触式测距仪23测量的数据进行处理，并将数据反馈给控制机构5，PLC程序根据测量结果计算与基准的偏差值，控制机器人1进行Z、W、P坐标的调节，经过精细调节，XYZ轴的误差可以将误差控制在±0.05mm以内，WPR方向的误差可以控制在±0.05°以内。

步骤4）打磨及下料：机器人1将执行完步骤3）的工件移到磨光机4中进行打磨，打磨完毕后将工件放回上下料机构3进行下料。

本发明的工作原理为：通过拍摄系统24、激光测距仪22、接触式测距仪23的检测数据放在PLC里计算后，得到夹持在偏差后所产生的一个立体空间偏差值（即X偏差，Y偏差，Z偏差，W偏差，P偏差，R偏差），再把这个立体空间偏差值送给机器人1。机器人1中的控制系统运行“matrix”数学函数计算当前TCP数据与立体空间偏差值的合（因为存在矢量，所以为合），就得到了一个新的TCP数据，再运行新的TCP数据，便实现了工件的X、Y、Z、W、P、R六个空间方向的偏移校正。通过实际量产测试已经达到了客户的品质要求，大大提高了产品的质量和生产效率。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机器人三维纠偏定位设备，包括机器人(1)、检测机构(2)、上下料机构(3)、磨光机(4)和控制机构(5)，其特征在于：所述机器人(1)、所述检测机构(2)、上下料机构(3)和所述磨光机(4)均与所述控制机构(5)连接；所述检测机构(2)包括安装架(21)、激光测距仪(22)、接触式测距仪(23)、拍摄装置(24)和处理装置(25)，所述安装架(21)设置有支架(211)、遮光室(212)和仪器室(213)，所述激光测距仪(22)、所述接触式测距仪(23)、所述拍摄装置(24)均设置于所述仪器室(213)，所述处理装置(25)设置于所述支架(211)。

2.根据权利要求1所述的机器人三维纠偏定位设备，其特征在于：所述遮光室(212)分别开设有与所述激光测距仪(22)和所述拍摄装置(24)对应的第一观察孔(214)和第二观察孔(215)。

3.根据权利要求1所述的机器人三维纠偏定位设备，其特征在于：所述拍摄装置(24)包括相机(241)与光源(242)，所述光源(242)位于所述相机(241)的下方。

4.根据权利要求1所述的机器人三维纠偏定位设备，其特征在于：所述处理装置(25)设置有图像处理模块(251)、激光测距仪处理模块(252)和接触式测距仪处理模块(253)，所述图像处理模块(251)与所述拍摄装置(24)连接，所述激光测距仪处理模块(252)与所述激光测距仪(22)连接，所述接触式测距仪处理模块(253)与所述接触式测距仪(23)连接。

5.根据权利要求1所述的机器人三维纠偏定位设备，其特征在于：所述检测机构(2)还包括显示装置(26)，所述显示装置(26)设置于所述安装架(21)，所述显示装置(26)用于显示被测工件的空间位置信息。

6.根据权利要求1所述的机器人三维纠偏定位设备，其特征在于：所述控制机构(5)设置有PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器用于计算所述检测机构(2)测量的工件数据与基准的偏差值。

7.根据权利要求1所述的机器人三维纠偏定位设备，其特征在于：所述机器人(1)末端设置有抓手(11)，所述抓手(11)用于夹持工件。

8.一种机器人三维纠偏定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）上料：机器人(1)抓取工件；

步骤2）粗调：相机(241)对工件进行拍摄，获取工件的坐标信息，PLC程序计算与基准的偏差值，粗调X、Y、R坐标，再用激光测距仪(22)对工件进行测量，PLC程序计算与基准的偏差值，粗调Z、W、P坐标；

步骤3）精调：将执行完步骤2）的工件继续用相机(241)进行拍摄，获取工件的坐标信息，PLC程序计算与基准的偏差值，精细调节X、Y、R坐标，再用接触式测距仪(23)进行测量，PLC程序计算与基准的偏差值，精细调节Z、W、P坐标；

步骤4）打磨及下料：对执行完步骤3）的工件进行打磨，打磨完毕后将工件放回上下料机构(3)进行下料。

9.根据权利要求8所述的机器人三维纠偏定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）上料：机器人(1)通过抓手(11)在上下料机构(3)抓取工件，并将工件放置于遮光室(212)；

步骤2）粗调：相机(241)对工件进行拍摄，图像处理模块(251)将获取的图像信息进行处理，根据图像处理模块(251)反馈的信息，PLC程序计算与基准的偏差值，根据偏差值，控制机器人(1)进行X、Y、R坐标的调节，再用激光测距仪(22)对工件进行测量，激光测距仪处理模块(252)对激光测距仪(22)测量的数据进行处理，并将数据反馈给控制机构(5)，PLC程序根据测量结果计算与基准的偏差值，控制机器人(1)进行Z、W、P坐标的调节；

步骤3）精调：将执行完步骤2）的工件继续用相机(241)进行拍摄，图像处理模块(251)将获取的图像信息进行处理，根据图像处理模块(251)反馈的信息，PLC程序计算与基准的偏差值，控制机器人(1)进行X、Y、R坐标的调节，再用接触式测距仪(23)对工件进行测量，接触式测距仪处理模块(253)对接触式测距仪(23)测量的数据进行处理，并将数据反馈给控制机构(5)，PLC程序根据测量结果计算与基准的偏差值，控制机器人(1)进行Z、W、P坐标的调节；

步骤4）打磨及下料：机器人(1)将执行完步骤3）的工件移到磨光机(4)中进行打磨，打磨完毕后将工件放回上下料机构(3)进行下料。