CN111452047A - 机器人工具偏差的修正方法、机器人控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供一种机器人工具偏差的修正方法、机器人控制装置及系统，机器人工具偏差的修正方法包括：获取工具中心点TCP在预设的用于衡量工具偏差的参考坐标系的XY平面进行匀速圆周运动的第一运动轨迹以及在该参考坐标系的Z方向进行匀速直线运动的第二运动轨迹，以及调整工具的姿态以使该工具的长度方向与参考坐标系的Z方向完全平行；以及获取机器人执行第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态，并基于当前运动状态确定工具相对于参考坐标系的角度偏差或位置偏差，并基于角度偏差或位置偏差修正工具。本发明实施例可以在TCP发生了偏移时自动调节机器人工具。

Description

机器人工具偏差的修正方法、机器人控制装置及系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人工具偏差的修正方法、机器人控制装置及系统。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能按照预先编排的程序自动执行工作，从而将人从枯燥的流水线中解放出来。所述工业机器人可以通过在手腕末端安装工具来实现不同的作业需求，例如，可以安装一个夹爪，进行搬运、码垛作业。

如图1所示，机器人本体100(未安装工具)默认设置有两个坐标系，分别是基坐标系11(X、Y、Z)和手腕坐标系(X₀、Y₀、Z₀)，其中，基坐标系(X、Y、Z)是机器人运动的基准，其原点位于机器人一轴的中心， X轴正方向指向前方，Z轴正方向垂直于地面指向上方，而手腕101坐标系 (X₀、Y₀、Z₀)是工具102的安装基准，也是工具102坐标系(X₁、Y₁、Z₁) 的参考基准。

在编排程序让机器人完成指定任务时，需要设定一个工具坐标系来指示工具的作业点的位置坐标，所述工具的作业点被称为工具中心点(TCP，Tool Center Point)。在机器人处于初始状态时，所述TCP一般处于所述工具坐标系的原点。所述TCP是机器人控制程序和工具建立联系的一座桥梁，机器人的轨迹运动，本质就是所述TCP的运动。

在所述TCP发生了偏移且控制程序使用的原始TCP数据没有更新时，由于工业机器人是按照所述原始TCP数据进行作业的，所述工具的实际作业点将会偏移预定的位置，最终会造成产品的缺陷。例如，在工业机器人的弧焊作业中，焊丝的TCP为焊丝的尖端即与钢板接触的位置，在长期的生产作业中，由于焊丝的磨损、被拉拽或者与其余部件的碰撞，其TCP会发生偏移，如图2、图3所示，此时，如果设备维护人员没有及时地更新控制程序使用的原始TCP数据，继续按照原始TCP数据进行作业，将会导致弧焊作业中的焊接精度失准，进而造成产品出现质量问题。

目前，为了避免出现上述的问题，大多数工厂在获知所述工具的TCP 发生了偏移后会在生产线停工时手动更新原始TCP数据，例如图4通过焊丝402来对焊板401进行焊接所示，通过设置手动调节所述焊丝402中心点 TCP来实现偏差后的校准。此种方式存在以下问题：第一，会耗费较长的时间，一般在15-30分钟左右；第二，整个更新过程是否能成功取决于每个操作者的经验及手法，不同的操作者能够得到不同的修正效果；第三，在手动更新原始TCP数据时，容易发生误操作造成所述工业机器人与其余部件的碰撞，进而导致更长时间的生产停机。因此，总体来看，目前更新TCP的方法操作复杂，耗费时间长，隐形成本高，需要在生产线停工时进行，而且还有损坏设备的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种机器人工具偏差的修正方法、机器人控制装置及系统，可以在所述TCP发生了偏移时自动调节所述机器人工具。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种机器人工具偏差的修正方法，所述机器人工具偏差的修正方法包括：

获取工具中心点TCP在预设的用于衡量工具偏差的参考坐标系的XY 平面进行匀速圆周运动的第一运动轨迹以及在该参考坐标系的Z方向进行匀速直线运动的第二运动轨迹，以及调整所述工具的姿态以使该工具的长度方向与所述参考坐标系的Z方向完全平行；以及获取所述机器人执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态，并基于所述当前运动状态确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差或位置偏差，并基于所述角度偏差或所述位置偏差修正所述工具。

优选地，获取执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的 XY平面中的第一圆心坐标，并获取在用于示出机器人运动情况的机器人基坐标系的Z方向上移动一预设定距离后继续执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第二圆心坐标，其中所述机器人基坐标系的Z方向与所述参考坐标系的Z方向相平行；和/或获取执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第三圆心坐标，并获取执行所述第二运动轨迹所对应产生的所述工具在所述参考坐标系的Z 方向上的长度变化，其中所述第三圆心坐标被配置为在已修正存在所述角度偏差的所述工具时或在所述工具无角度偏差时被获取得到。

优选地，所述基于所述当前运动状态确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差或位置偏差，并基于所述角度偏差或所述位置偏差修正所述工具包括：根据所述第一圆心坐标、所述预设定距离以及所述第二圆心坐标确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差，并基于所述角度偏差修正所述工具；或根据所述第三圆心坐标和/或所述长度变化确定所述工具相对于所述参考坐标系的位置偏差，并基于所述位置偏差修正所述工具。

优选地，在所述获取所述机器人执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态之前，所述机器人工具偏差的修正方法还包括：获取所述参考坐标系与所述机器人基坐标系的映射关系；并且，所述根据所述第一圆心坐标、所述预设定距离以及所述第二圆心坐标确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差包括：根据所述映射关系，获取所述第一圆心坐标映射于所述机器人基坐标系中的第一位置坐标和所述第二圆心坐标映射于所述机器人基坐标系中的第二位置坐标；以及基于所述第一位置坐标、所述第二位置坐标以及所述预设定距离计算所述工具的长度方向与所述参考坐标系的Z轴方向的第一夹角作为所述工具的角度偏差。

优选地，所述获取所述参考坐标系与机器人基坐标系的映射关系包括：获取所述参考坐标系的X轴方向与机器人基坐标系的X轴方向的第二夹角；以及根据所述第二夹角，确定所述参考坐标系与机器人基坐标系的映射关系。

优选地，所述基于所述角度偏差修正所述工具包括：获取第一坐标系fr1，其中所述第一坐标系fr1被配置为以所获取的第一运动轨迹对应的圆心为原点的坐标系；将所述角度偏差形成为第二坐标系fr2；以及基于所述第一坐标系fr1和第二坐标系fr2修正所述工具；和/或所述基于所述位置偏差继续修正所述工具包括：将所述第三圆心坐标和/或所述长度变化形成为第三坐标系 fr3；以及基于所述第一坐标系fr1和所述第三坐标系fr3修正所述工具。

另外，本实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的机器人工具偏差的修正方法。

另外，本实施例还提供一种机器人控制装置，用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述的机器人工具偏差的修正方法。

另外，本实施例还提供一种机器人控制系统，所述机器人控制系统包括：机器人本体、测量组件以及根据上述的机器人控制装置；其中，所述机器人本体，用于响应于来自所述机器人控制装置的第一控制指令，驱动安装于所述机器人本体上的工具执行所述第一运动轨迹和第二运动轨迹；以及测量组件，用于响应于来自所述机器人控制装置的第二控制指令，测量所述工具执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的运动状态。

优选地，所述测量组件包括：激光传感器，用于产生两束激光以测量所述工具执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的运动状态；以及支撑调节机构，包括：过渡板，与所述激光传感器相对固定并能够通过自身的转动使得所述激光传感器所产生的两束激光相交且垂直；以及架体，用于支撑所述过渡板和所述激光传感器。

相对于现有技术，本发明所述的机器人工具偏差的修正方法、机器人控制装置及系统具有以下优势：

获取起到参考作用的工具中心点TCP的第一运动轨迹和第二运动轨迹，并通过调整所述工具的姿态使其长度方向与所述参考坐标系的Z方向完全平行，进而完成了机器人工具偏差的预配置的阶段；然后，通过执行所述第一运动轨迹和第二运动轨迹获取其产生的运动状态，该运动状态可以反映工具是否出现了角度偏差和位置偏差，最终根据所述角度偏差和位置偏差修正所述工具，进而完成了机器人工具偏差的修正阶段。利用上述的预配置阶段和所述修正阶段可以在生产间隙(不需要生产线的停工)无需人工干预的情形下自动对机器人工具偏差进行修正。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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为一种机器人及其对应的各个坐标系的示意图；

图2为焊丝偏移的正面视角的示意图；

图3为焊丝偏移的俯视视角的示意图；

图4为一种实施例的手动更新工具原始TCP数据的操作示意图；

图5为一种实施例的机器人工具偏差的修正方法的流程图；

图6为一种实施例的机器人控制系统的结构示意图；

图7为图6的测量组件的结构示意图；

图8为图7中的过渡板的示意图；

图9为传感器坐标系的示意图；

图10为一种调整所述两束激光的夹角为90°的原理图；

图11为一种实施例中确定所述传感器坐标系与所述机器人基坐标系的映射关系的原理图；

图12为一种实施例中圆心(dx1，dy1)的物理意义的示意图；

图13为一种实施例的与所述图12相对应的圆心(dx2，dy2)的物理意义的示意图；

图14为一种实施例的计算得到所述工具的长度方向与机器人基坐标系的Z轴之间的夹角φ₁的原理示意图；

图15为一种实施例的计算所述工具的长度方向与所述机器人基坐标系的Z轴的夹角φ₂的原理示意图；以及

图16为一种实施例的计算工具角度姿态变化后的TCP数据的原理示意图。

附图标记说明：

100、机器人本体；101、手腕；102、工具；

401、钢板；402、焊丝；

601、工具；602、机器人本体；603、动力线缆；604、机器人控制装置； 605、信号线缆；606、测量组件；

701、激光传感器；702、过渡板；703、支架；704、立柱；705、安装板；706、组件安装孔；

801、传感器定位孔；802、过渡板安装孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

为了方便解释说明，本实施例中的机器人工具偏差的修正方法将结合图 6所示的机器人控制系统来进行描述。但是，在此需要强调的是，所采用的图6的结构并不是唯一的结构，其不能限制本发明的机器人工具偏差的修正方法的保护范围。

下面将对一种机器人控制系统进行详细的描述，如图6所示，所述机器人控制系统包括机器人本体602、测量组件606以及用于控制机器人本体运动的机器人控制装置604。其中，所述机器人本体602与所述机器人控制装置604之间设置有动力线缆603，所述测量组件606和所述机器人控制装置 604之间设置有信号线缆605，所述动力线缆603和信号线缆605用于实现信号的传输，所述工具601安装于所述机器人本体602上。在该机器人控制系统中，所述机器人本体用于响应于来自所述机器人控制装置的第一控制指令，驱动安装于所述机器人本体上的工具执行所述第一运动轨迹和第二运动轨迹；以及测量组件，用于响应于来自所述机器人控制装置的第二控制指令，测量所述工具执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的运动状态。其中，关于所述第一运动轨迹和所述第二运动轨迹为两种不同的运动轨迹，下方还将结合示例具体描述，在此则不再赘述。

其中，所述机器人控制装置604相当于车辆中的电子控制单元(ECU， ElectronicControl Unit)，所述机器人控制装置604运行控制程序通过动力线缆603来控制机器人本体的动作。所述机器人控制装置604具有独立的编程语言和计算能力，可以进行基本的逻辑运算。本实施例的控制程序可直接在机器人环境里实现，无需额外的第三方PC软件及硬件，降低成本。

其中，如图7所示，所述测量组件606可以包括：激光传感器701，用于产生两束激光以测量所述工具601执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的运动状态；以及支撑调节机构。其中，所述激光传感器701 的数量可以为2个，且所述支撑调节机构可以包括：过渡板702，与所述激光传感器701相对固定并能够通过自身的转动使得所述激光传感器701所产生的两束激光相交且垂直；以及架体，用于支撑所述过渡板和所述激光传感器。

其中，所述激光传感器701将所测量的所述工具601执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的运动状态通过信号线缆605反馈给所述机器人控制装置604。当然，除了激光传感器701，本实施例还可以采用对射式激光传感器或对射式光电开关。另外，本实施例是控制所述工具601 的运动，此外，还可以通过固定所述工具601，控制所述激光传感器701运动以测量所述工具相对于所述激光传感器701的运动状态。

其中，所述架体具体包括：支架703、立柱704、安装板705以及组件安装孔706，其中，所述支架703置于所述过渡板702的下方，所述过渡板可以在所述支架上转动，所述立柱704置于所述支架的下方，为了适应机器人的工作控件，根据实际需要所述立柱704可以设计成可以伸缩式的结构，利用该伸缩式的结构，可以调节所述激光传感器701的高度，所述安装板705 设置在所述立柱704的下方，通过在所述组件安装孔706中设置化学螺栓使其固定于地面或任意设备(可以是带滑轮的滑板)上。此外，本实施例的架体可以在铝型材上做对称调整，从而适应不同量程的激光传感器701，

其中，所述过渡板702的具体结构如图8所示，在所述过渡板702上设置有使传感器能够固定的传感器定位孔801和使过渡板能够转动的过渡板安装孔802，还可以通过改变所述传感器定位孔801来适应不同品牌的激光传感器701，所述传感器定位孔801的数量为2个。

图5是实施例1的一种机器人工具偏差的修正方法的流程图，该实施例 1的机器人工具偏差的修正方法可应用于上述的机器人控制装置604。

如图5所示，所述机器人工具偏差的修正方法包括：

S501，第一阶段(预配置阶段)，获取工具中心点TCP在预设的用于衡量工具偏差的参考坐标系的XY平面进行匀速圆周运动的第一运动轨迹以及在该参考坐标系的Z方向进行匀速直线运动的第二运动轨迹，以及调整所述工具的姿态以使该工具的长度方向与所述参考坐标系的Z方向完全平行。

其中，所述参考坐标系是所述测量组件606用于衡量工具偏差所使用的 XYZ型坐标，其中Z轴方向与机器人基坐标系的Z轴方向重合，X轴和Y 轴遵循右手法则，且其中一者与测量组件产生的测量信号的方法一致。以上述的激光传感器701为例，所述参考坐标系可以是如图9所示的传感器坐标系(X，Y，Z)。其中所述传感器坐标系的原点在上述的激光传感器701所产生两束激光的交叉点，所述传感器坐标系的X轴方向与其中一条激光线重合，所述传感器坐标系的Z轴方向与用于示出机器人运动情况的机器人基坐标系的Z轴方向重合，所述传感器坐标系的Y轴依照右手法则垂直于所述传感器坐标系的X轴，实际上，在两束激光垂直的情况下，所述Y轴的方向为除与所述传感器坐标系的X轴方向所重合激光线之外的另一条激光线。

其中，本实施例所获取的第一运动轨迹和第二运动轨迹实际为有一定限制的运动轨迹。其中，所述第一运动轨迹(在参考坐标系的XY平面做匀速圆周运动)主要具有3个下述的约束限制：1)第一运动轨迹的圆心，其在传感器坐标系原点；2)第一运动轨迹的半径，其半径大小与激光传感器的测量范围有关，一般为所述激光传感器最大测量范围的1/4；3)工具的长度方向，其需要与所述传感器坐标系的Z轴平行。所述第二运动轨迹(在参考坐标系的Z轴方向做匀速直线运动)主要具有3个下述的约束限制：1)所述匀速直线运动的运动距离一般为20d-30d，d为所述工具的直径；2)所述匀速直线运动的运动方向要与传感器坐标系的Z轴平行；3)所述匀速直线运动的运动距离的中点在传感器坐标系原点。

在本实施例中，可以通过下述方法，调整所述两束激光的夹角为90°，其中原理图如图10所示，其中，a，b，c，d分别为间隔时间1、间隔时间2、间隔时间3、间隔时间4，所述传感器+Y为传感器坐标系Y轴方向，所述传感器+X为传感器坐标系X轴方向：

可以预知的是，所述工具每匀速运动一个圆周，会与传感器发射的两束激光相交4次。测量所述工具与两束激光的相交情况，并将测量结果反馈给机器人控制装置，机器人控制装置计算4次相交的间隔时间。根据“时间＝路程/速度”，当所述工具速度一定(匀速运动)时，间隔时间与路程(工具在两个激光之间划过的弧长)成正比。而且所述第一运动轨迹的圆心在两束激光的交点，所以路程(工具在两束激光之间划过的弧长)与两束激光的夹角成正比，所以间隔时间与两束激光夹角成正比，由此可根据所述4次相交的间隔时间确定所述圆心的坐标。通过调整两个激光传感器的朝向，使4次相交的间隔时间相等，进而使得两束激光的夹角为90度。

另外，本实施例除了通过上述的方式调整两束激光的夹角为90度之外，还可以不通过测量，直接利用高精度支架保证两束激光的夹角为90度。

在本实施例中，通过下述的方式确定所述传感器坐标系与所述机器人基坐标系的映射关系，其中，原理如图11所示：

首先，沿着机器人基坐标系的X轴正方向移动预设定的距离f，然后再次运行机器人工具的圆周运动程序。激光传感器获取再次运行圆周运动程序下的圆周运动情况，机器人控制装置根据所述工具与两个激光的4次相交的间隔时间所述计算出该圆周运动的圆心在传感器坐标系下的坐标(dx，dy)。由于圆心是沿着机器人基坐标系的X轴(图11中所示的Base+X)正方向移动，因此原点到(dx，dy)的射线反映了基坐标系的X轴正方向，另外，图 11中所述传感器+Y为传感器坐标系Y轴。根据三角函数定理即公式1，进一步地计算出传感器坐标系X轴(图11中所示的传感器+X)方向与机器人基坐标系X轴方向(或手腕坐标系)的夹角θ：

θ＝arctan(dy/dx)公式1；

其次，根据所述夹角θ可以直接得到所述传感器坐标系与所述机器人基坐标系的映射关系。

在本实施例中，第一运动轨迹和第二运动轨迹均有平行度的要求，但是在一定程度上取决于每个操作者的经验和手法(所述工具的安装位置和调整姿态)，导致平行度不为恒定，确切说所述平行度会有相对强烈的波动。基于上述原因可以通过下述的方式调整所述工具的姿态以使该工具的长度方向与所述参考坐标系的Z方向完全平行：

首先，运行所述第一运动轨迹(匀速圆周运动)，获取在该运动轨迹下所测量两束激光的相交情况，并将测量结果反馈给机器人控制装置。所述机器人控制装置根据所述测量结果计算出偏移后的圆周运动在传感器坐标系中的圆心(dx1，dy1)，其物理意义如图12所示，是所述工具121的长度方向上某一点与传感器坐标系的XY平面122的交点123。

然后，在机器人基坐标系的Z方向上移动预设定距离d后再次运行所述第一运动轨迹(匀速圆周运动)，所述机器人控制装置可以计算出此时的圆周运动在传感器坐标系中的圆心(dx2，dy2)，其物理意义如图13所示，是所述工具131的长度方向上另一点与传感器坐标系的XY平面132的交点 133。

然后，根据上述得到传感器坐标系与机器人基坐标系的映射关系，得到所述圆心(dx1，dy1)与所述圆心(dx2，dy2)分别在所述机器人基坐标系下的坐标(dx1’，dy1’)和坐标(dx2’，dy2’)。根据所述坐标(dx1’，dy1’)、坐标(dx2’，dy2’)以及所述预设定距离d就可以计算得到所述工具的长度方向与机器人基坐标系的Z轴之间的夹角φ₁，具体公式，如下公式2所示，具体原理如图14所示：

最后，根据所述夹角φ₁获取修正后的所述第一运动轨迹和第二运动轨迹，并调整所述工具的姿态以使该工具的长度方向与所述参考坐标系的Z方向完全平行。

另外，除了上述调整所述工具的姿态以使该工具的长度方向与所述参考坐标系的Z方向完全平行的方式之外，本实施例还可以通过高精度支架建立支架坐标系，将所述工具的长度方向与所述支架坐标系的Z轴对齐即可保证所述工具的垂直度。

S502，第二阶段(偏差修正阶段)，获取所述机器人执行所述第一运动轨迹和第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态，并基于所述当前运动状态确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差或位置偏差，并基于所述角度偏差或所述位置偏差修正所述工具。

其中，所述第二阶段为对所述工具进行偏差修正的阶段，也是可以在生产过程中重复调用的阶段，其主要用于基于所述角度偏差(Rx，Ry)和所述位置偏差(X，Y，Z)修正所述工具。

优选地，在步骤S502中，获取所述机器人执行所述第一运动轨迹和第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态可以包括以下任意一者或两者：

1)获取计算角度偏差(Rx，Ry)的必要参数。可以包括：获取执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第一圆心坐标(X1，Y1)以作为第一必要参数，并获取在用于示出机器人运动情况的机器人基坐标系的Z方向上移动预设定距离d后继续执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第二圆心坐标(X2，Y2)，其中所述机器人基坐标系的Z方向与所述参考坐标系的Z方向相平行。

2)获取计算位置偏差(X，Y，Z)的必要参数。可以包括：获取在基于所述角度偏差修正所述工具后执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第三圆心坐标(与上述获取圆心坐标的方式相同在此不再赘述)，并获取执行所述第二运动轨迹所对应产生的所述工具在所述参考坐标系的Z方向上的长度变化。其中所述第三圆心坐标被配置为在已修正存在所述角度偏差的所述工具时或在所述工具无角度偏差时被获取得到。

优选地，在步骤S502中，所述基于所述当前运动状态确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差或位置偏差，并基于所述角度偏差或所述位置偏差修正所述工具包括下述的“确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差，基于所述角度偏差修正所述工具”的过程1和/或“确定所述工具相对于所述参考坐标系的位置偏差，基于所述位置偏差修正所述工具”的过程 2。

过程1、当工具因为磨损、碰撞等因素发生偏移后，所述工具的长度方向与机器人基坐标系的Z轴就不再平行，因此，获取计算角度偏差(Rx， Ry)的必要参数(第一圆心坐标、预设定距离d以及所述第二圆心坐标)后，根据所述第一圆心坐标(X1，Y1)、所述预设定距离d以及所述第二圆心坐标(X2，Y2)确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差，并基于所述角度偏差修正所述工具。

举例而言，过程1包括下述的具体步骤：

A1)在先获取所述参考坐标系与用于示出机器人运动情况的机器人基坐标系的映射关系，由上述第一阶段描述可知，其可以包括：获取所述参考坐标系的X轴方向与机器人基坐标系的X轴方向的第二夹角即第一阶段的夹角θ(获取方式与上述第一阶段相同在此不再赘述)；以及根据所述第二夹角，确定所述参考坐标系与机器人基坐标系的映射关系。

A2)根据所述映射关系，获取所述第一圆心坐标(X1，Y1)映射于所述机器人基坐标系中的第一位置坐标(X1’，Y1’)和所述第二圆心坐标(X2， Y2)映射于所述机器人基坐标系中的第二位置坐标(X2’，Y2’)。

A3)基于所述第一位置坐标、所述第二位置坐标以及所述移动距离计算所述工具的长度方向与所述参考坐标系的Z轴方向的第一夹角φ₂作为所述工具的角度偏差。通过下述的公式3就能得到所述工具的长度方向与所述机器人基坐标系的Z轴的第一夹角φ₂，其中计算原理如图15所示：

A4)基于所述角度偏差修正所述工具，可以包括：获取第一坐标系fr1，其中所述第一坐标系fr1被配置为以在上述第一阶段所获取的第一运动轨迹的圆心为原点的坐标系；将所述角度偏差形成为第二坐标系fr2；以及基于所述第一坐标系fr1和所述第二坐标系fr2修正所述工具。

其中，所述基于所述第二坐标系fr2修正所述工具的计算原理如图16所述，计算公式如下公式4所述：

tcp_new＝tcp_old×Invert(fr1)×fr2×fr1

其中，fr1为以上述第一阶段所获取的所述第一运动轨迹的圆心为坐标系原点的坐标系，fr2为所述角度偏差以坐标系的形式存储后得到的，tcp_new为工具角度姿态变化后的TCP数据，tcp_old为工具在第一阶段的原始为TCP 数据，Invert(fr1)表示对fr1坐标系进行逆运算，另外，在图15中，too10 为手腕坐标系，base0为机器人基坐标系。通过上述的方式，可以准确掌握变化后的工具姿态(即工具的长度方向)。

过程2、根据所述第三圆心坐标(X3，Y3)和/或所述长度变化(Z)确定所述工具相对于所述参考坐标系的位置偏差，并基于所述位置偏差修正所述工具。

其中，基于所述位置偏差继续修正所述工具包括：将所述第三圆心坐标和/或所述长度变化形成为第三坐标系fr3；以及基于所述第一坐标系fr1和所述第三坐标系fr3修正所述工具。其中，所述fr3为所述第三圆心坐标和/或所述长度变化以坐标系的形式存储后得到的。

其中，所述第三圆心坐标(X3，Y3)可以利用上述的修正所述工具的计算原理(在此不再赘述)进行2D修正，其实际是将tcp_new进行再次更新，而所述第三圆心坐标(X3，Y3)与所述长度变化(Z)可以利用上述的修正所述工具的计算原理(在此不再赘述)进行3D的修正，其实际也是将tcp_new进行再次更新。其中，长度变化(Z)可以通过机器人控制装置利用上述过程1修正后的TCP数据调用所述工具的第二运动轨迹。激光传感器测量所述工具的运动状态，所述工具每上下运动一次，两个激光会跳变2次，可以得到工具在长度方向上的长度变化(Z)。

通过上述的方式，所述工具的TCP数据(X，Y，Z，Rx，Ry)完全被更新，在自动化生产的过程中，控制所述机器人控制系统定期调用更新程序，即可保证工具的工作轨迹总是按照工程师的设想去运行，进而保证产品的质量，例如，本实施例对于弧焊类焊丝的修正重复精度小于1mm，整个修正所花费的时间小于1分钟。

所述机器人控制系统包括处理器和存储器，上述机器人控制装置的执行步骤作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现工具偏差的修正。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的机器人工具偏差的修正方法。

本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述机器人工具偏差的修正方法。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有实施例1中的所述电机的机器人工具偏差的修正方法步骤的程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/ 输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人工具偏差的修正方法，其特征在于，所述机器人工具偏差的修正方法包括：

获取工具中心点TCP在预设的用于衡量工具偏差的参考坐标系的XY平面进行匀速圆周运动的第一运动轨迹以及在该参考坐标系的Z方向进行匀速直线运动的第二运动轨迹，以及调整所述工具的姿态以使该工具的长度方向与所述参考坐标系的Z方向完全平行；以及

获取所述机器人执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态，并基于所述当前运动状态确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差或位置偏差，并基于所述角度偏差或所述位置偏差修正所述工具。

2.根据权利要求1所述的机器人工具偏差的修正方法，其特征在于，获取所述机器人执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态包括：

获取执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第一圆心坐标，并获取在用于示出机器人运动情况的机器人基坐标系的Z方向上移动一预设定距离后继续执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第二圆心坐标，其中所述机器人基坐标系的Z方向与所述参考坐标系的Z方向相平行；和/或

获取执行所述第一运动轨迹所对应产生的在所述参考坐标系的XY平面中的第三圆心坐标，并获取执行所述第二运动轨迹所对应产生的所述工具在所述参考坐标系的Z方向上的长度变化，其中所述第三圆心坐标被配置为在已修正存在所述角度偏差的所述工具时或在所述工具无角度偏差时被获取得到。

3.根据权利要求2所述的机器人工具偏差的修正方法，其特征在于，所述基于所述当前运动状态确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差或位置偏差，并基于所述角度偏差或所述位置偏差修正所述工具包括：

根据所述第一圆心坐标、所述预设定距离以及所述第二圆心坐标确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差，并基于所述角度偏差修正所述工具；或

根据所述第三圆心坐标和/或所述长度变化确定所述工具相对于所述参考坐标系的位置偏差，并基于所述位置偏差修正所述工具。

4.根据权利要求3所述的机器人工具偏差的修正方法，其特征在于，

在所述获取所述机器人执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的当前运动状态之前，所述机器人工具偏差的修正方法还包括：

获取所述参考坐标系与所述机器人基坐标系的映射关系；

并且，所述根据所述第一圆心坐标、所述预设定距离以及所述第二圆心坐标确定所述工具相对于所述参考坐标系的角度偏差包括：

根据所述映射关系，获取所述第一圆心坐标映射于所述机器人基坐标系中的第一位置坐标和所述第二圆心坐标映射于所述机器人基坐标系中的第二位置坐标；以及

基于所述第一位置坐标、所述第二位置坐标以及所述预设定距离计算所述工具的长度方向与所述参考坐标系的Z轴方向的第一夹角作为所述工具的角度偏差。

5.根据权利要求4所述的机器人工具偏差的修正方法，其特征在于，所述获取所述参考坐标系与机器人基坐标系的映射关系包括：

获取所述参考坐标系的X轴方向与机器人基坐标系的X轴方向的第二夹角；以及

根据所述第二夹角，确定所述参考坐标系与机器人基坐标系的映射关系。

6.根据权利要求3所述的机器人工具偏差的修正方法，其特征在于，

所述基于所述角度偏差修正所述工具包括：

获取第一坐标系fr1，其中所述第一坐标系fr1被配置为以所获取的第一运动轨迹对应的圆心为原点的坐标系；

将所述角度偏差形成为第二坐标系fr2；以及

基于所述第一坐标系fr1和第二坐标系fr2修正所述工具；和/或

所述基于所述位置偏差继续修正所述工具包括：

将所述第三圆心坐标和/或所述长度变化形成为第三坐标系fr3；以及

基于所述第一坐标系fr1和所述第三坐标系fr3修正所述工具。

7.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-6中任意一项所述的机器人工具偏差的修正方法。

8.一种机器人控制装置，其特征在于，用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1-6中任意一项所述的机器人工具偏差的修正方法。

9.一种机器人控制系统，其特征在于，所述机器人控制系统包括：机器人本体、测量组件以及根据权利要求8所述的机器人控制装置；

其中，所述机器人本体，用于响应于来自所述机器人控制装置的第一控制指令，驱动安装于所述机器人本体上的工具执行所述第一运动轨迹和第二运动轨迹；以及

测量组件，用于响应于来自所述机器人控制装置的第二控制指令，测量所述工具执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的运动状态。

10.根据权利要求9所述的机器人控制系统，其特征在于，所述测量组件包括：

激光传感器，用于产生两束激光以测量所述工具执行所述第一运动轨迹和/或第二运动轨迹所对应产生的运动状态；以及

支撑调节机构，包括：

过渡板，与所述激光传感器相对固定并能够通过自身的转动使得所述激光传感器所产生的两束激光相交且垂直；以及

架体，用于支撑所述过渡板和所述激光传感器。

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