CN111071714A - 一种轨道车辆车体加工自动定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种轨道车辆车体加工自动定位装置及方法,包括导轨,设置在车体一侧,用于机器人移动;机器人,设置在所述导轨上并可在导轨上移动,用于采集车体表面特征点的坐标;第二位移传感器,用于在车体移动至工位时,确定车体与导轨原点坐标系X轴的位置;在所述机器人上设置有第一位移传感器,所述第一位移传感器、第二位移传感器分别与机器人通讯连接。本发明可以允许轨道车辆车体在转运过程位置有一定误差,可使用原厂转运小车转运车体到机器人作业工位来,机器人自动测量补偿误差进行作业加工,即方便而且灵活,不需要厂家定制特别的工装,且兼容多种不同车型定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种定位装机及方法,特别涉及一种轨道车辆车体自动定位装置及方法。
背景技术
现有技术中,轨道车辆车体加工时的定位技术是将车体放置在工装上,移动至固定位置固定不动,机器人即可知道车身位置和姿态,但是这种方法对于大结构件实用性很低,轨道车辆车体需要被转运到各个工位,此种方法不方便生产且不具备拓展性,即每一种车型都需要对应一套工装且从转运车到机械工装需要吊装,既不方便而且因车体太重危险危险系数较大。
发明内容
本发明的主要目的是为解决现有技术中的技术问题,提供一种可自动测量补偿误差的轨道车辆车体加工自动定位装置。
本发明的另一个主要目的是提供一种轨道车辆车体加工自动定位方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种轨道车辆车体加工自动定位装置,包括导轨,设置在车体一侧,用于机器人移动;
机器人,设置在所述导轨上并可在导轨上移动,用于采集车体表面特征点的坐标;
第二位移传感器,用于在车体移动至工位时,确定车体与导轨原点坐标系X轴的位置;
在所述机器人上设置有用于采集车体表面特征点坐标的第一位移传感器,所述第一位移传感器、第二位移传感器分别与机器人通讯连接。
进一步,所述第一位移传感器、第二位移传感器为激光位移传感器。
进一步,所述第二位移传感器设置在地面上。
进一步,在所述机器人末端设置法兰盘,所述第一位移传感器通过一安装座与法兰盘固定。
进一步,所述第一位移传感器测得的位移值发生变化时,传输数字信号至机器人,机器人检测到数字信号跳变时停止运动。
进一步,所述导轨的方向为机器人基坐标系X轴。
本发明的另一个技术方案是:
一种轨道车辆车体加工自动定位方法,包括如下步骤:
步骤一、机器人沿着导轨原点坐标系X轴移动至车体大致位置,机器人从车体前端面边界外向边界内移动,通过第一位移传感器检测到数字信号跳变时,记录第一特征点;
步骤二、机器人移动至车体下边缘边界外后向上移动,通过第一位移传感器检测到数字信号跳变时,记录第二特征点;
步骤三、计算第一特征点、第二特征点相对于导轨原点的坐标值,并通过两点的坐标值结合轨道车辆车体的结构尺寸确定车体相对于导轨原点坐标系X、Y、Z轴的距离、车体绕导轨原点坐标系Y、Z轴的旋转角度。
进一步,在所述步骤一前增加一个步骤,第二位移传感器测量车体移动至工位时,车体前端面相对于导轨原点坐标系X轴的大致位置。
进一步,当所述机器人位于导轨原点时,导轨原点坐标系与机器人基坐标系重合。
进一步,所述第一特征点、第二特征点为车体表面特征点。
综上内容,本发明所述的一种轨道车辆车体加工自动定位装置及方法,可以允许轨道车辆车体在转运过程位置有一定误差,可使用原厂转运小车转运车体到机器人作业工位来,机器人自动测量补偿误差进行作业加工,即方便而且灵活,不需要厂家定制特别的工装,且兼容多种不同车型定位。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明机器人工具坐标系九点法标定原理图;
图3是本发明机器人工具坐标系九点法标定流程图。
如图1至图3所示,导轨1、机器人2、第一位移传感器3、第二位移传感器4、车体5。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一种轨道车辆车体加工自动定位装置,主要应用于轨道车辆车体在加工作业时的定位。
主要包括导轨1、机器人2、第一位移传感器3、第二位移传感器4、相关控制装置等。
导轨1布设在车体5工位的一侧,与车体5的长度方向平行设置,主要用于机器人2在导轨1上移动。
机器人2设置在导轨1上并可在导轨1上移动。机器人2主要作用为对车体5进行自动化作业,例如打磨加工等。在本实施例中,在设置了第一位移传感器3后,机器人2也用作采集车体表面特征点的坐标,进而对车体加工前进行定位,防止因定位不准,出现加工纰漏。通过使用已存在的自动化作业机器人作为第一位移传感器3的搭载平台,无需再设置其他的传感器移动装置,有效节约了成本。
第二位移传感器5,设置在地面上,用于在车体5移动至工位时,确定车体5与导轨原点坐标系X轴的大致位置。通过设置第二位移传感器5,能够有效获知车体5至工位时的大致位置,减少不必要的人为操作。
具体而言,在机器人2末端设置法兰盘,第一位移传感器3通过一安装座与法兰盘固定。第二位移传感器5通过一安装座固定于地面上。
第一位移传感器3、第二位移传感器4分别与机器人2通讯连接。第一位移传感器3、第二位移传感器4为激光位移传感器,第一位移传感器3、第二位移传感器4将其原点与打到车体5表面的光点之间的距离,输出模拟量和数字量IO信号反馈至机器人2。
为实现对车体表面特征点相对于导轨原点坐标系中坐标值的计算,并且方便在获取车体位置后能够直接通过机器人2进行加工作业,无需额外的转换。当机器人2位于导轨原点时,即当机器人2导轨值为0时,导轨原点坐标系与机器人基坐标系重合,导轨的方向为机器人基坐标系X轴,即导轨原点坐标系相当于机器人2导轨值为0时的机器人基坐标系。
第一位移传感器3测得的位移值发生变化时,传输数字信号至机器人,机器人2检测到数字信号跳变时停止运动,不停止机器人2的控制器程序运行。机器人2通过利用手腕上的激光位移传感器,在不贴合车体5表面的情况下,运动寻找车体5边缘的特征点,在边缘处触发机器人停止事件,使得激光器光点停在车体5的边缘位置,即所寻找的特征点。
一种轨道车辆车体加工自动定位方法,包括如下步骤:
步骤一,第二位移传感器4测量车体5移动至工位时,车体5前端面相对于导轨原点坐标系X轴的大致位置。具体而言,车体5移动至工位的过程中,经过设置在地面上的第二位移传感器4,通过第二位移传感器4确定,当导轨值为0时车体5前端面相对机器人2基坐标系X轴的大致位置(精度要求小于5mm)。通过设置第二位移传感器4,能够大致获取车体较于机器人的位置,便于机器人2进行寻找特征点。
步骤二,机器人2沿着导轨原点坐标系X轴移动至车体大致位置,机器人2从车体5前端面边界外向边界内移动,通过第一位移传感器3检测到数字信号跳变时,记录第一特征点,第一特征点位于车体5前端面边缘上。
机器人2移动至车体5下边缘边界外后向上移动,通过第一位移传感器3检测到数字信号跳变时,记录第二特征点,第二特征点位于车体5表面底部边缘上。
步骤三,计算第一特征点、第二特征点相对于导轨原点的坐标值,并通过第一特征点、第二特征点的坐标值结合轨道车辆车体的结构尺寸确定车体5相对于导轨原点坐标系X、Y、Z轴的距离、车体5绕导轨原点坐标系Y、Z轴的旋转角度。
具体而言,根据轨道车辆车体理论模型和实际制造工艺确定车体5表面特征点,在本实施例中,轨道车辆表面特征点选择前端面边缘上的点,侧面表面下边缘的点作为特征点,在得到特征点相对于导轨原点的坐标值后,根据轨道车辆车体理论模型和实际制造工艺,确定车体5整体相对于导轨原点的位置。特征点选取在车体5表面边缘上,便于确认车体5的位置和姿态,避免了因特征点无法对应车体位置所带来的车体5位置确认错误。
第一特征点坐标值中相对于导轨原点坐标系X、Y方向的值,即为当导轨值为0时,车体5前端面边缘相对于机器人基坐标系X、Y方向的位置。
第二特征点坐标值确定后,结合车体5前端面边缘相对于机器人基坐标系X、Y方向的位置,根据轨道车辆车体理论模型和实际制造工艺,即车体的结构尺寸等,即可获得车体5整体的位置和姿态。
对于第一特征点、第二特征点相对于导轨原点的坐标值,采用如下方式获得:
在第一位移传感器3读数发生跳变时,触发机器人2停止,此时机器人2基坐标系相对于导轨原点坐标系的矩阵为R。R矩阵中的x可以根据导轨值得知。
机器人2末端法兰盘相对机器人2基坐标系的矩阵为T。T矩阵可以从机器人控制器获得,或者从机器人正运动学方程计算得出。
第一位移传感器3的工具坐标系相对机器人2末端法兰盘的位姿矩阵为M。第一位移传感器3的工具坐标系相对机器人2末端法兰盘的位姿矩阵可以根据九点标定算出。
如图2和图3所示,根据实际情选取九个点进行计算,通过四个测量点计算第一位移传感器3光线方向向量n,五个测量点计算工具坐标系原点坐标系,根据标定流程计算出第一位移传感器3的工具坐标系相对机器人2末端法兰盘的位姿矩阵。
假设轨道车辆车体5表面光点坐标系姿态与此时的第一位移传感器3的工具坐标系一致,则轨道车辆车体5表面光点坐标系相对于第一位移传感器3工具坐标系的位姿矩阵为P。P矩阵的pz可以根据第一位移传感器3得出。
通过矩阵连续右乘即可得出光点相对于导轨原点坐标系的位置,即当导轨值为0时,轨道车辆车体5表面光点坐标系相对导轨原点坐标系的矩阵O=R*T*M*P,O是一个4x4的齐次矩阵。假设O的表达式如下:
则轨道车辆车体5表面光点相对于导轨原点坐标系(相当于导轨值为0时的机器人2基坐标系)X方向的距离为m14,Y方向的距离为m24,Z方向的距离为m34。
本发明所述的一种轨道车辆车体加工自动定位装置及方法,可以允许轨道车辆车体在转运过程位置有一定误差,可使用原厂转运小车转运车体到机器人作业工位来,机器人自动测量补偿误差进行作业加工,即方便而且灵活,不需要厂家定制特别的工装,且兼容多种不同车型定位。
如上所述,结合附图所给出的方案内容,可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种轨道车辆车体加工自动定位装置,其特征在于:包括导轨,设置在车体一侧,用于机器人移动;
机器人,设置在所述导轨上并可在导轨上移动,用于采集车体表面特征点的坐标;
第二位移传感器,用于在车体移动至工位时,确定车体与导轨原点坐标系X轴的位置;
在所述机器人上设置有用于采集车体表面特征点坐标的第一位移传感器,所述第一位移传感器、第二位移传感器分别与机器人通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆车体加工自动定位装置,其特征在于:所述第一位移传感器、第二位移传感器为激光位移传感器。
3.根据权利要求1所述的一种轨道车辆车体加工自动定位装置,其特征在于:所述第二位移传感器设置在地面上。
4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆车体加工自动定位装置,其特征在于:在所述机器人末端设置法兰盘,所述第一位移传感器通过一安装座与法兰盘固定。
5.根据权利要求1所述的一种轨道车辆车体加工自动定位装置,其特征在于:所述第一位移传感器测得的位移值发生变化时,传输数字信号至机器人,机器人检测到数字信号跳变时停止运动。
6.根据权利要求1所述的一种轨道车辆车体加工自动定位装置,其特征在于:所述导轨的方向为机器人基坐标系X轴。
7.根据权利要求1至6任一项所述的自动定位装置的轨道车辆车体加工自动定位方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、机器人沿着导轨原点坐标系X轴移动至车体大致位置,机器人从车体前端面边界外向边界内移动,通过第一位移传感器检测到数字信号跳变时,记录第一特征点;
步骤二、机器人移动至车体下边缘边界外后向上移动,通过第一位移传感器检测到数字信号跳变时,记录第二特征点;
步骤三、计算第一特征点、第二特征点相对于导轨原点的坐标值,并通过两点的坐标值结合轨道车辆车体的结构尺寸确定车体相对于导轨原点坐标系X、Y、Z轴的距离、车体绕导轨原点坐标系Y、Z轴的旋转角度。
8.根据权利要求7所述的一种轨道车辆车体加工自动定位方法,其特征在于:在所述步骤一前增加一个步骤,车体移动至工位时,第二位移传感器测量车体前端面相对于导轨原点坐标系X轴的大致位置。
9.根据权利要求7所述的一种轨道车辆车体加工自动定位方法,其特征在于:当所述机器人位于导轨原点时,导轨原点坐标系与机器人基坐标系重合。
10.根据权利要求7所述的一种轨道车辆车体加工自动定位方法,其特征在于:所述第一特征点、第二特征点为车体表面特征点。
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