CN109304731A - 一种机器人坐标系标定工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人定位领域，尤其是涉及一种机器人坐标系标定工具，包括感应球头、基体、定位保持套；其中所述感应球头包括一球体、与所述球体相连的夹持部；所述基体呈圆柱体，所述基体的第一端上设有一与所述球体相匹配契合的内凹球面，所述基体沿着其虚拟中心轴线被均等分割成多份相同的感应模块，所述感应模块设有柔性压力感应片，通过该标定工具，采用常规的造四点“握手”动作并分别记录机构反馈的接触点，及接触点相应的每个机器人的基坐标系下的坐标，求解机器人基坐标系间的旋转矩阵和平移矩阵，从而得到协作机器人基坐标系间的位姿关系，实现了多机器人协同工作情况下，坐标系的快速标定，统一不同机器人的坐标系。

Description

一种机器人坐标系标定工具
技术领域
本发明涉及机器人定位领域，尤其是涉及一种机器人坐标系标定工具。
背景技术
对于多机器人系统的标定问题来说，与单机器人标定不同，单机器人标定主要是针对机器人制造装配误差，对其本身的参数进行补偿，提高机器人本身精度，而多机器人系统标定是指利用某些手段获得各个机器人基坐标系之间的关系，该关系用一个位姿变换矩阵表示，由一个旋转矩阵和一个平移向量组成。在进行机器人基坐标系的标定之前，各台机器人必须已经单独标定完毕，且具有较高的精度，这样才能保证后续的高密度机器人系统标定的准确性。同时如何能够获得准确的两台机器人之间的相对关系成为关键问题。
目前的单机器人、多机器人系统标定的方法一般分为两大类：一类是利用外部先进的标定设备进行标定，例如CCD相机和激光跟踪仪等仪器，该类标定方法所得的变换矩阵较为精确，可靠性高，但是标定过程较为繁琐，正是由于使用外部先进设备，因此该标定方法具有很强的条件性和依赖性，一般用于比较精密的场合，不适合于环境较为恶劣的生产现场。
另一类标定方法是不使用外部设备的标定法，先建立一个参考的标定工装，先将第一机器人与标定工具标定获得第一机器人与标定工装的相对关系，再以同样的方法将第二机器人和标定工装接触，获得两者的关系，从而以标定工装为媒介，获得第一机器人和第二机器人之间的基座标关系；这种方法的优点是快速简单，但是由于包含许多人为操作因素，及过多的中间环节导致精度较低，仅仅适用于精度要求不是很高的场合。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述提出的问题，提供一种机器人坐标系标定工具。
一种机器人坐标系标定工具，包括感应球头、基体、定位保持套；其中所述感应球头包括一球体、与所述球体相连的夹持部；所述基体呈圆柱体，所述基体的第一端上设有一与所述球体相匹配契合的内凹球面，所述基体上开设有一通孔，所述通孔的中心轴线与所述基体的中心轴线重合，多根分割线穿过所述基体的虚拟中心轴线将所述基体沿着径向被均等分割成多份相同的感应模块，所述内凹球面被均等分割成多份相同的弧面，相邻的所述感应模块之间设有间隙，所述感应模块的弧面设有柔性压力感应片，所述柔性压力感应片连接有穿透所述感应模块的信号引脚；
所述基体的通孔设有一与所述通孔相匹配的球窝芯轴，所述感应模块沿着所述球窝芯轴的周向均匀地分布；
所述定位保持套的一端上开设有与所述基体相对匹配的圆柱套孔，所述基体的第二端插入在所述圆柱套孔内；
所述柔性压力感应片的信号引脚与所述感应球头之前连有通讯电缆。
进一步地，所述定位保持套的另一端上设有用于安装在机器人手臂上的螺纹孔。
进一步地，所述夹持部上设有用于安装在机器人手臂上的外螺纹。
进一步地，所述信号引脚沿着所述基体的虚拟中心轴方向穿透所述感应模块的底面。
进一步地，所述定位保持套的圆柱套孔内设有一与所述感应模块的底面对应的沉台；
所述沉台上开设有与所述信号引脚对应的引脚插孔，所述定位保持套的侧面设有通讯接口，所述信号引脚穿过所述引脚插孔集中在所述通讯接口处，所述通讯电缆通过所述通讯接口与所述信号引脚相连。
进一步地，所述柔性压力感应片对应设置有一用于指示其接触状态的LED灯。
进一步地，所述圆柱套孔的侧壁上开设有一沿着其径向方向的通槽；
所述通槽的两侧壁上设有与沿着所述侧壁垂直方向的螺纹通孔，所述两侧壁上的螺纹通孔螺接有一用于调节所述通槽间隙的紧固螺钉。
本发明设计了通过设计一套专用的标定工具，通过该标定工具，采用常规的造四点“握手”动作并分别记录机构反馈的接触点，及接触点相应的每个机器人的基坐标系下的坐标，求解机器人基坐标系间的旋转矩阵和平移矩阵，从而得到协作机器人基坐标系间的位姿关系，实现了多机器人协同工作情况下，坐标系的快速标定，统一不同机器人的坐标系。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明安装在机器人手臂上的示意图；
图3为利用本发明进行定位标定的工作流程图。
图中标记：1-感应球头、2-基体、3-定位保持套、11-球体、12-夹持部、21-柔性压力感应片、22-通孔、23-感应模块、24-弧面、25-信号引脚、31-引脚插孔、32-通讯接口、33-圆柱套孔、34-通讯电缆、35-沉台、36-LED灯、37-通槽、371-紧固螺钉、5-第一机器人、6-第二机器人。
具体实施方式
参见图1所示，本发明的一种实施例，一种机器人坐标系标定工具，包括感应球头1、基体2、定位保持套3；其中所述感应球头1包括一球体11、与所述球体11相连的夹持部12；所述基体2呈圆柱体，所述基体2的第一端上设有一与所述球体11相匹配契合的内凹球面，所述基体2上开设有一与所述基体2的虚拟中心轴线重合的通孔22，所述基体2沿着其径向被均等分割成六份相同的感应模块23，所述内凹球面被均等分割成多份相同的弧面24，相邻的所述感应模块23之间设有间隙，所述感应模块23的弧面24设有柔性压力感应片21，所述柔性压力感应片21连接有穿透所述感应模块23的信号引脚25；
所述基体2的通孔22设有一与之相匹配的球窝芯轴，所述感应模块23沿着所述球窝芯轴的周向均匀地分布；
所述定位保持套3的一端上开设有与所述基体2相对匹配的圆柱套孔33，所述基体2的第二端插入在所述圆柱套孔33内；
所述柔性压力感应片21的信号引脚25与所述感应球头1之前连有通讯电缆34。
进一步地，所述定位保持套3的另一端上设有用于安装在第二机器人6手臂上的螺纹孔。
进一步地，所述夹持部12上设有用于安装在第一机器人5手臂上的外螺纹。
进一步地，所述信号引脚25沿着所述基体2的虚拟中心轴方向穿透所述感应模块23的底面。
详细地，所述定位保持套3的圆柱套孔33内设有一与所述感应模块23的底面对应的沉台35；
所述沉台35上开设有与所述信号引脚25对应的引脚插孔31，所述定位保持套3的侧面设有通讯接口32，所述信号引脚25穿过所述引脚插孔31集中在所述通讯接口32处，所述通讯电缆34通过所述通讯接口32与所述信号引脚25相连。
进一步地，所述柔性压力感应片21对应设置有一用于指示其接触状态的LED灯36。
进一步地，所述圆柱套孔33的侧壁面开设有一沿着其径向方向的通槽37；
所述通槽37的两侧壁上设有与沿着所述侧壁垂直方向的螺纹通孔22，所述两侧壁上的螺纹通孔22螺接有一用于调节所述通槽37间隙的紧固螺钉371。
参见图2、图3，结合工作过程对本发明进行进一步说明，整个系统流程如图3所示，在第一机器人5和第二机器人6初始化完成后，就分别为第一机器人5和第二机器人6安装上基体2和感应球头1，感应球头1和设置在所述内凹球面上的柔性压力感应片21之间通过通讯电缆34相连。感应球头1为硬质导电金属。所述内凹球面上设置有六个周向分布的所述柔性压力感应片21，每个所述柔性压力感应片21对应相应的LED灯36。当LED灯36亮起，表明所述感应球头1和该柔性压力感应片21接触良好，当六个触点指示灯都梁时，则表明所述球体11和六个所述感应模块23的弧面24均具有良好的接触，也就表明所述球体11的虚拟中心轴线与所述基体2的内凹球面的虚拟中心轴线同处于一个平面；待所需的四组校正点都检测记录完成后，将该四组坐标系输入计算机，计算第一机器人5和两坐标系之间的变换矩阵，以此类推。并建立两台机器人共同的基座标系。
本发明设计了通过设计一套专用的标定工具，通过该标定工具，采用常规的造四点“握手”动作并分别记录机构反馈的接触点，及接触点相应的每个机器人的基坐标系下的坐标，求解机器人基坐标系间的旋转矩阵和平移矩阵，从而得到协作机器人基坐标系间的位姿关系，实现了多机器人协同工作情况下，坐标系的快速标定，统一不同机器人的坐标系。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种机器人坐标系标定工具，其特征在于：包括感应球头、基体、定位保持套；其中所述感应球头包括一球体、与所述球体相连的夹持部；所述基体呈圆柱体，所述基体的第一端上设有一与所述球体相匹配契合的内凹球面，所述基体上开设有一通孔，所述通孔的中心轴线与所述基体的中心轴线重合，多根分割线穿过所述基体的虚拟中心轴线将所述基体沿着径向被均等分割成多份相同的感应模块，所述内凹球面被均等分割成多份相同的弧面，相邻的所述感应模块之间设有间隙，所述感应模块的弧面设有柔性压力感应片，所述柔性压力感应片连接有穿透所述感应模块的信号引脚；
所述基体的通孔设有一与所述通孔相匹配的球窝芯轴，所述感应模块沿着所述球窝芯轴的周向均匀地分布；
所述定位保持套的一端上开设有与所述基体相对匹配的圆柱套孔，所述基体的第二端插入在所述圆柱套孔内；
所述柔性压力感应片的信号引脚与所述感应球头之前连有通讯电缆。
2.根据权利要求1所述的机器人坐标系标定工具，其特征在于：所述定位保持套的另一端上设有用于安装在机器人手臂上的螺纹孔。
3.根据权利要求1所述的机器人坐标系标定工具，其特征在于：所述夹持部上设有用于安装在机器人手臂上的外螺纹。
4.根据权利要求1所述的机器人坐标系标定工具，其特征在于：所述信号引脚沿着所述基体的虚拟中心轴方向穿透所述感应模块的底面。
5.根据权利要求4所述的机器人坐标系标定工具，其特征在于：所述定位保持套的圆柱套孔内设有一与所述感应模块的底面对应的沉台；
所述沉台上开设有与所述信号引脚对应的引脚插孔，所述定位保持套的侧面设有通讯接口，所述信号引脚穿过所述引脚插孔集中在所述通讯接口处，所述通讯电缆通过所述通讯接口与所述信号引脚相连。
6.根据权利要求1所述的机器人坐标系标定工具，其特征在于：所述柔性压力感应片对应设置有一用于指示其接触状态的LED灯。
7.根据权利要求1所述的机器人坐标系标定工具，其特征在于：所述圆柱套孔的侧壁上开设有一沿着其径向方向的通槽；
所述通槽的两侧壁上设有与沿着所述侧壁垂直方向的螺纹通孔，所述两侧壁上的螺纹通孔螺接有一用于调节所述通槽间隙的紧固螺钉。
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