CN111421541B - 一种tcp机器人工具末端3d、5d纠偏系统及其纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于TCP机器人控制技术领域，尤其为一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统及其纠偏方法，包括基准平台、机械手臂、十字传感器和计算控制器，基准平台的上方设有机械手臂，机械手臂的移动端安装有引导针，基准平台的平面固定安装有十字传感器，机械手臂的移动端位于十字传感器的上方；十字传感器包括一组位置相对的第一激光发射端和第一激光接收端、另一组位置相对的第二激光发射端和第二激光接收端，第一激光发射端发射光束XLS指向第一激光接收端。本发明纠偏精度高、自动调整后误差控制在2丝米至6丝米，相较手动调整从毫米级提高到丝级，和3D视觉检测精度相近，纠偏速度快、采用把数据以二进制方式写入文件，数据读写处理速度快。

Description

一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统及其纠偏方法

技术领域

本发明涉及TCP机器人控制技术领域，具体为一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统及其纠偏方法。

背景技术

目前机器人机器人技术可以在生产过程中确保机器人自身的工作位置，即移动到某个点，并确保机器人的3个平移(X\Y\Z)和3个旋转(RX\RY\RZ)的位置处于你想要的位置，但是机器人在生产过程中通常需要安装加工工具，当这些加工工具在使用中受到外力碰过或更换加工工具后，加工工具的3个平移(X\Y\Z)和3个旋转(RX\RY\RZ)的位置会发生变化，且这个位置变化机器人无法得知当加工的工具发生偏移后，机器人无法得知偏移量，从而无法以正确的姿态进行生产。

目前的TCP机器人工具末端3D、5D调节解决方式存在下列问题：

1、通过人工手动调整调直，存在调直后仍然相对于原始状态存在很大的误差，且需要的时间长达30-60分钟。

2、精密3D视觉仪器检测后调整调直，这样的方式能够解决精度问题了，但是调整时间需要长达到3-5小时；而且精密3D视觉仪器无法安装与设备上，需要专业技术人员到现场测量调整，及时性差。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统，解决了目前的TCP机器人工具末端3D、5D调节解决方式在调直后仍然相对于原始状态存在很大的误差，以及调整时间长的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统，包括基准平台、机械手臂、十字传感器和计算控制器，所述基准平台的上方设有所述机械手臂，所述机械手臂的移动端安装有引导针，所述基准平台的平面固定安装有所述十字传感器，所述机械手臂的移动端位于所述十字传感器的上方；所述十字传感器包括一组位置相对的第一激光发射端和第一激光接收端、另一组位置相对的第二激光发射端和第二激光接收端，第一激光发射端发射光束XLS指向第一激光接收端，第二激光发射端发射光束YLS指向第二激光接收端，发射光束XLS与发射光束YLS的光路相互垂直，并具有一个交点，所述十字传感器的一侧固定有所述计算控制器，所述十字传感器单向信号连接所述机械手臂，所述机械手臂通过TCP-IC或MODBOS-TCP双向信号连接所述计算控制器。

一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统的纠偏方法，包括下列步骤：

S1：开启所述十字传感器，令所述第一激光发射端发射光束XLS指向所述第一激光接收端、所述第二激光发射端发射光束YLS指向所述第二激光接收端，所述机械手臂带动所述引导针调整到正常工作的初始状态，然后令引导针从初始位置a走向中间位置b，然后令引导针从中间位置b走向终点位置c，初始位置a、中间位置b以及终点位置c的轨迹为L；

S2：所述机械手臂控制引导针从初始位置a移动至中间位置b，在移动过程中所述引导针与光束XLS相遇，所述十字传感器的XLS输出开关量启动，以将接收的当前信号记录为取样点A的X轴坐标值，并发送给计算控制器记录为X轴标准值；

S3：所述机械手臂控制引导针从中间位置b移动至终点位置c，在移动过程中在引导针与光束YLS相遇,十字传感器的YLS输出开关量—启动，以将接收的当前信号记录为取样点B的Y轴坐标值，并发送给计算控制器记录为Y轴标准值；

S4：所述机械手臂控制引导针从终点位置c移动至所述交点的上方，并继续下降移动至所述交点，所述引导针与所述交点相遇，所述十字传感器的光束XLS/光束YLS输出开关量—启动，以将接收的当前信号记录为取样点C的Z轴坐标值,并发送给计算控制器记录为Z轴标准值；

S5：引导针偏移后，首先，所述机械手臂控制引导针从初始位置a、到中间位置b、再到终点位置c移动，以获得第一轨迹，然后，所述机械手臂控制引导针下降预定距离，再次从初始位置a、到中间位置b、再到终点位置c移动，以获得第二轨迹；所述第一轨迹和所述第二轨迹存在偏移值，以获得引导针实际的倾斜角度；

S6：由计算控制器对所述引导针进行角度补偿，再和X轴标准值、Y轴标准值的基准比较，对X轴、Y轴纠偏，最后和Z轴标准值的基准比较，对Z轴纠偏；

S7：由于碰撞或重装导致在引导针倾斜，下探5MM前后距离光束XLS/光束YLS的距离是不同的，初始位置a和中间位置b距离取样点A的距离是不同的，因此可以把这个距离差拿来计算出RX和RY。

作为本发明的优选技术方案，当所述在引导针偏移后，机械手臂携带引导针先按照基准轨迹正常画圆，然后Z轴下降设定距离后再次画圆，通过两个圆的圆心可以知道针头实际的倾斜角度，角度补偿后，再和基准比较做X、Y轴纠偏，最后进行Z轴纠偏。

作为本发明的优选技术方案，所述机器手臂末端工具在使用中受到外力碰撞或更换加工的工具后造成的状态改变(RX/RY/X/Y/Z),通过所述引导针在十字传感器内做画L动作，并通过上述方式计算达到获得(RX/RY/X/Y/Z)五个偏移值，通过与机器手臂的五个偏移值进行纠偏，从而使在引导针回到正确的初始加工状态。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统，具备以下有益效果：

1、该TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统，纠偏精度高、自动调整后误差控制在2丝米至6丝米，相较手动调整从毫米级提高到丝级，和3D视觉检测精度相近。

2、该TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统，纠偏速度快、采用把数据以二进制方式写入文件，数据读写处理速度快，方便快捷自动调整速度可以控制在40秒以内，相较传统方式节约3小时左右。

附图说明

图1为本发明主观结构示意图；

图2为本发明十字传感器结构示意图；

图3为本发明检测路径一示意图；

图4为本发明检测路径二示意图；

图5为本发明检测方法流程示意图。

图中：1、基准平台；2、机械手臂；3、引导针；4、十字传感器；5、槽型安装板；6、第一激光发射端；7、第一激光接收端；8、第二激光发射端；9、第二激光接收端；10、计算控制器；11、L形第一轨迹；12、L形第二轨迹。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-5，本发明提供以下技术方案：一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统，包括基准平台1、机械手臂2、十字传感器4和计算控制器10，其特征在于：基准平台1的上方设有机械手臂2，机械手臂2的移动端安装有引导针3，基准平台1的平面固定安装有十字传感器4，机械手臂2的移动端位于十字传感器4的上方；十字传感器4包括一组位置相对的第一激光发射端6和第一激光接收端7、另一组位置相对的第二激光发射端8和第二激光接收端9，第一激光发射端6发射光束XLS指向第一激光接收端7，第二激光发射端8发射光束YLS指向第二激光接收端9，发射光束XLS与发射光束YLS的光路相互垂直，并具有一个交点，十字传感器4的一侧固定有计算控制器10，十字传感器4单向信号连接机械手臂2，机械手臂2通过TCP-IC或MODBOS-TCP双向信号连接计算控制器10。

本实施例中，第一激光发射端6发射光束XLS指向第一激光接收端7、第二激光发射端8发射光束YLS指向第二激光接收端9，人工控制机械手臂2带动引导针3调整到正常工作的初始状态，然后令引导针3从初始位置a开始走向中间位置b，然后令引导针3从中间位置b走向终点位置c，在引导针3碰到光束XLS时，十字传感器4的XLS输出开关量由OFF--ON，机械手臂2接收到当前信号后记录下取样点A的X轴坐标值，并发送给计算控制器10记录为X轴标准值，在引导针3碰到光束YLS时,十字传感器4的YLS输出开关量由OFF--ON，机械手臂2接收到当前信号后记录下取样点B的Y轴坐标值，并发送给计算控制器10记录为Y轴标准值，在引导针3移动到光束XLS与光束YLS的交叉点上方设定的距离时，引导针3开始下降，在引导针3碰到光束XLS/光束YLS时十字传感器4的光束XLS/光束YLS输出开关量由OFF--ON，机器人接收到后记录下取样点C的Z轴坐标值,并发送给计算控制器10记录为Z轴标准值，引导针3偏移后，机械手臂2先按照基准轨迹正常画L形第一轨迹11，然后Z轴下降设定距离后再次画L形第二轨迹12，通过L形第一轨迹11和L形第二轨迹12的偏移值可以计算出引导针3的引导针实际的倾斜角度，然后由计算控制器10进行角度补偿后，再和基准比较做X轴、Y轴纠偏，最后进行Z轴纠偏，由于碰撞或重装导致在引导针3倾斜，下探5MM前后距离光束XLS/光束YLS的距离是不同的，初始位置a和中间位置b距离取样点A的距离是不同的，因此可以把这个距离差拿来计算出RX和RY。

一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统的纠偏方法，包括下列步骤：

S1：开启十字传感器4，令第一激光发射端6发射光束XLS指向第一激光接收端7、第二激光发射端8发射光束YLS指向第二激光接收端9，机械手臂2带动引导针3调整到正常工作的初始状态，然后令引导针3从初始位置a走向中间位置b，然后令引导针3从中间位置b走向终点位置c，初始位置a、中间位置b以及终点位置c的轨迹为L；

S2：机械手臂2控制引导针3从初始位置a移动至中间位置b，在移动过程中引导针3与光束XLS相遇，十字传感器4的XLS输出开关量启动，以将接收的当前信号记录为取样点A的X轴坐标值，并发送给计算控制器10记录为X轴标准值；

S3：机械手臂2控制引导针3从中间位置b移动至终点位置c，在移动过程中在引导针3与光束YLS相遇,十字传感器4的YLS输出开关量—启动，以将接收的当前信号记录为取样点B的Y轴坐标值，并发送给计算控制器10记录为Y轴标准值；

S4：机械手臂2控制引导针3从终点位置c移动至交点的上方，并继续下降移动至交点，引导针3与交点相遇，十字传感器4的光束XLS/光束YLS输出开关量—启动，以将接收的当前信号记录为取样点C的Z轴坐标值,并发送给计算控制器10记录为Z轴标准值；

S5：引导针3偏移后，首先，机械手臂2控制引导针3从初始位置a、到中间位置b、再到终点位置c移动，以获得第一轨迹11，然后，机械手臂2控制引导针3下降预定距离，再次从初始位置a、到中间位置b、再到终点位置c移动，以获得第二轨迹12；第一轨迹11和第二轨迹12存在偏移值，以获得引导针3实际的倾斜角度；

S6：由计算控制器10对引导针3进行角度补偿，再和X轴标准值、Y轴标准值的基准比较，对X轴、Y轴纠偏，最后和Z轴标准值的基准比较，对Z轴纠偏；

S7：由于碰撞或重装导致在引导针3倾斜，下探5MM前后距离光束XLS/光束YLS的距离是不同的，初始位置a和中间位置b距离取样点A的距离是不同的，因此可以把这个距离差拿来计算出RX和RY。

实施例2

一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统的纠偏方法，其步骤S1至S4相同，S5至S7不同之处在于：当在引导针3偏移后，机械手臂2携带引导针3先按照基准轨迹正常画圆，然后Z轴下降设定距离后再次画圆，通过两个圆的圆心可以知道针头实际的倾斜角度，角度补偿后，再和基准比较做X、Y轴纠偏，最后进行Z轴纠偏。

实施例3

一种TCP机器人工具末端3D、5D纠偏系统的纠偏方法，其流程的计算公式为：

机器手臂2末端工具在使用中受到外力碰撞或更换加工的工具后造成的状态改变(RX/RY/X/Y/Z)，通过引导针3在十字传感器4内做画L动作，并通过上述方式计算达到获得(RX/RY/X/Y/Z)五个偏移值，通过与机器手臂2的五个偏移值进行纠偏，从而使在引导针3回到正确的初始加工状态。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种根据 TCP 机器人工具末端 3D、5D 纠偏系统的纠偏方法，所述纠偏系统包括基准平台（ 1）、机械手臂（2）、十字传感器（4）和计算控制器（10），所述基准平台（ 1）的上方设有所述机械手臂（2），所述机械手臂（2）的移动端安装有引导针（ 3），所述基准平台（ 1）的平面固定安装有所述十字传感器（4），所述机械手臂（2）的移动端位于所述十字传感器（4）的上方；所述十字传感器（4）包括一组位置相对的第一激光发射端（6）和第一激光接收端（7）、另一组位置相对的第二激光发射端（8）和第二激光接收端（9），第一激光发射端（6）发射光束 XLS 指向第一激光接收端（7），第二激光发射端（8）发射光束 YLS 指向第二激光接收端（9），发射光束 XLS 与发射光束 YLS的光路相互垂直，并具有一个交点，所述十字传感器（4）的一侧固定有所述

计算控制器（ 10），其特征在于：

S1：开启所述十字传感器（4），令所述第一激光发射端（6）发射光束 XLS 指向所述第一激光接收端（7）、所述第二激光发射端（8）发射光束 YLS 指向所述第二激光接收端（9），所述机械手臂（ 2）带动所述引导针（ 3）调整到正常工作的初始状态，然后令引导针（3）从初始位置 a 走向中间位置 b，然后令引导针（3）从中间位置 b 走向终点位置 c，初始位置a、中间位置 b 以及终点位置c 的轨迹为 L；

S2：所述机械手臂（2）控制引导针（3）从初始位置 a 移动至中间位置b，在移动过程中所述引导针（3）与光束 XLS 相遇，所述十字传感器（4）的 XLS 输出开关量启动，以将接收的当前信号记录为取样点 A 的 X 轴坐标值，并发送给计算控制器（ 10）记录为 X 轴标准值；

S3：所述机械手臂（2）控制引导针（3）从中间位置 b 移动至终点位置c，在移动过程中所述引导针（3）与光束 YLS 相遇，所述十字传感器（4）的 YLS 输出开关量启动，以将接收的当前信号记录为取样点 B 的 Y 轴坐标值，并发送给计算控制器（ 10）记录为 Y 轴标准值；

S4：所述机械手臂（2）控制引导针（3）从终点位置 c 移动至所述交点的上方，并继续下降移动至所述交点，所述引导针（ 3）与所述交点相遇，所述十字传感器（4）的光束 XLS/光束 YLS 输出开关量启动，以将接收的当前信号记录为取样点 C 的 Z 轴坐标值, 并发送给计算控制器（ 10）记录为 Z 轴标准值；

当所述引导针（3）偏移后，机械手臂（2）携带引导针（3）先按照基准轨迹正常画圆，然后Z 轴下降设定距离后再次画圆，通过两个圆的圆心可以知道针头实际的倾斜角度，角度补偿后，再和基准比较做 X、Y 轴纠偏，最后进行 Z 轴纠偏，其中，所述十字传感器（4）单向信号连接所述机械手臂（2），所述机械手臂（2）通过 TCP/ IC 或 MODBU S/ TCP 双向信号连接所述计算控制器（10）。

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