CN111578829B - 一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置及标定方法，采用变形传感器和主动式电容标定球，完全依靠标定装置来采集数据，对比靠肉眼判断标定，精度大大提升；采用的传感器是常规传感器，易替代，根据使用场景区分精度要求，从中选择合适传感器来组装最优性价比标定装置；本方法步骤简单，可自动完成标定操作，对多机器人协作可实现快速标定；本装置小型便携，适应不同生产场合；本方法不会使人员疲劳，适合多次重复标定，不会有操作失误，具有高稳定性；本标定球可通过定制方式装配到机器人末端，借助吸力标定靶进行工具坐标系标定，由此获得较高工具坐标系精度；定制标定球配合触摸板，可作为标准工件辅助机器人进行各类精度测试。

Description

一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置及标定方法

技术领域

本发明涉及标定技术领域，尤其涉及的是一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置及标定方法。

背景技术

随着现代化工业生产制造技术的持续发展，多机器人协作已经成为机器人领域的研究热点。而多机器人系统的标定问题作为其中一项关键技术也受到重大关注，其标定工具的性价比以及标定方法的易用性等问题成为当前机器人行业研究的一项重要难题。

目前的机器人系统标定方法一般分为两大类：一类是借助外部先进设备如激光跟踪仪或双相机进行标定。这类设备精度高，可靠性高，但是标定过程复杂，而且价格特别昂贵，并且该方法具有很强的条件性和依赖性，正因为对环境要求高且对操作人员的技术要求过高，一般用于比较精密的场合，不适用环境较为恶劣的生产现场。

另一类标定方法是不使用精密外部设备的标定方法，通过一个参考标定工装，分别让两个机器人先后与标定工装进行接触，从而获取两个机器人对标定工作的相对关系，通过转换计算即可得到两个机器人的基坐标系关系。这类方法的优点是快速简单，但是由于包含许多的人为操作，仅仅适用于精度要求不高的场合。

因此，现有的技术还有待于改进和发展。

发明内容

为了解决上述当前技术难题，本发明提供了一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置及标定方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，包括标定工具头、吸力标定靶和标定板机构：

所述标定工具头包括通过连接结构安装在机器人的末端法兰盘处的标定球和变形传感器，所述标定球和变形传感器连接；

吸力标定靶，在标定过程中位置固定，与标定球通过多点吸合以确定基于机器人执行末端的工具坐标系；

所述标定板机构包括触摸屏，触摸屏在标定过程中位置固定，触摸屏与标定球配合通过多点法以确定基于机器人执行末端在触摸屏上的用户坐标系；

在机器人基座固定的情况下，获取机器人的基坐标系，通过计算同一机器人基坐标系与工具坐标系的转换关系、工具坐标系与用户坐标系的转换关系，最终得到该机器人的基坐标系与用户坐标系的转换关系；通过在触摸屏上建立不同机器人各自的用户坐标系，最终得到不同机器人的基坐标系之间的转换关系，从而完成多机器人协同工作坐标系的标定。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，在吸力标定靶的顶端设置有一个与标定球的球面相匹配的凹面槽，标定的时候需要把标定球的球面跟吸力标定靶的凹面槽完全贴合。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，所述标定球和吸力标定靶采用磁性的方式互相吸合。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，所述标定球和吸力标定靶采用真空吸附的方式互相吸合。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，所述标定工具头还包括变形传感器，标定球采用主动式电容标定球，主动式电容标定球通过电源为其供电；所述主动式电容标定球与变形传感器连接。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，所述变形传感器与控制移动模块连接，控制移动模块与机器人连接，变形传感器将实时采集的数值反馈至控制移动模块，控制移动模块根据反馈的数值指导机器人移动，使标定球的球面跟吸力标定靶的凹面槽实现快速完全贴合。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，还包括用于根据变形传感器采集的变形量实现亮灯提示的LED指示灯和调零按键，所述LED指示灯与变形传感器连接，调零按键与变形传感器连接。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，所述触摸屏采用高硬度玻璃高PPI触摸屏。

所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其中，所述触摸屏通过固定工装在标定过程中进行固定。

一种如上述任一所述用于标定多机器人协同工作坐标系的装置的标定方法，其中，具体包括以下步骤：

S1：确定每个机器人的基坐标系：按照协作关系固定好需要标定的机器人，保证机器人基坐标系在标定过程中不再发生位移，获得各个机器人的基坐标系；

S2：在每个机器人的末端上安装标定工具头；

S3：固定吸力标定靶，对变形传感器进行预调零，然后使机器人在保持姿态不变的情况下带动标定球靠近吸力标定靶使变形传感器的数值变化，控制机器人的执行末端的位置，直至变形传感器重新归零，此时标定球的球面跟吸力标定靶的凹面槽完全贴合，获取当前标定球的位置信息；

S4：重复执行S3至设定次数，每执行一次则使机器人改变一次姿态，以通过多点法确定机器人的工具坐标系；

S5：按照机器人的数量重复执行S3至S4，以确定全部机器人的工具坐标系；

S6：将全部机器人按相邻两个机器人为一组进行分组；

S7：在其中一组两个机器人之间固定标定板装置；

S8：对变形传感器进行预调零，然后使机器人在保持姿态不变的情况下带动标定球在触摸屏上进行触摸，引起变形传感器感应的数据变化后，然后移动机器人执行末端带动姿态不变的标定球在触摸屏缓慢移动，直至变形传感器的数据回零且触摸屏能够测出触碰点的位置数据；

S9：重复执行S8至设定次数，每执行一次则在不改变机器人姿态的前提下改变标定球在触摸屏上的位置，两次执行位置之间间距预设值，以确定机器人的用户坐标系；

S10：对同一组两个机器人均执行S8至S9，以确定同一组两个机器人各自的用户坐标系，并获取同一组两个机器人之间用户坐标系的联系；

S11：建立同一组两个机器人之间基坐标系的联系：计算同一机器人基坐标系与工具坐标系的转换关系、工具坐标系与用户坐标系的转换关系，最终得到该机器人的基坐标系与用户坐标系的转换关系；根据同一组两个机器人之间用户坐标系的关系，最终建立同一组两个机器人之间基坐标系的联系；

S12：重复执行S7至S11，直至建立全部机器人之间基坐标系的联系。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置及标定方法，本装置采用敏感变形传感器和主动式电容标定球，完全依靠标定装置来采集数据，对比一般的依靠操作员肉眼判断的标定方式，精度大大提升；另外本方案采用的传感器都是常规传感器，容易替代，可以根据使用场景区分精度要求，从中选择合适的传感器来组装最优性价比的标定装置；本技术方案中提供的标定方法步骤简单，甚至可以自动完成标定操作，多机器人协作不可避免经常进行标定，采用本技术方案的装置及方法可以快速完成标定；本技标定装置小型便携，可以适应不同生产场合，另外标定属于常规操作，重复操作次数很多，而本方案的操作方法不会使操作员疲劳，不会有操作失误，所以本技术方案的系统方案具有很高的稳定性；本技术方案的主动式电容标定球可以通过定制的方式装配到机器人末端工具上，借助吸力标定靶进行工具坐标系标定，由此,可以获得更高工具坐标系精度；另外，定制的电容标定球配合触摸板，可以作为标准工件辅助机器人进行各类精度测试。

附图说明

图1是本发明中用于标定多机器人协同工作坐标系的装置的结构示意图。

图2是本发明中采用四点法标定工具坐标系的示意图。

图3是本发明中每组两个机器人基坐标系的标定示意图。

图4是本发明中用户坐标的转换原理图。

图5是本发明中应用在多个机器人同时在不同位置对同一大型工件进行焊接的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1至图5所示，一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，包括标定工具头、吸力标定靶6和标定板机构：

所述标定工具头包括通过连接结构安装在机器人的末端法兰盘处的标定球5；

吸力标定靶6，与标定球通过多点吸合以确定基于机器人执行末端的工具坐标系；

所述标定板机构包括触摸屏7，触摸屏7与标定球5配合通过多点法以确定基于机器人执行末端在触摸屏7上的用户坐标系；

在机器人基座固定的情况下，获取机器人的基坐标系，通过计算同一机器人基坐标系与工具坐标系的转换关系、工具坐标系与用户坐标系的转换关系，最终得到该机器人的基坐标系与用户坐标系的转换关系；通过在触摸屏7上建立不同机器人各自的用户坐标系，最终得到不同机器人的基坐标系之间的转换关系，从而完成多机器人协同工作坐标系的标定。

本技术方案中，所述吸力标定靶6在使用时需要固定在工作台面或者一个稳定的位置上，以保证标定的准确性。

在某些具体实施例中，在吸力标定靶6的顶端设置有一个与标定球5的球面相匹配的凹面槽61，标定的时候需要把标定球5的球面跟吸力标定靶6的凹面槽61完全贴合。

在某些具体实施例中，可以根据实际需要采用不同的手段使标定球5和吸力标定靶6互相吸合，最终使标定球5的球面与吸力标定靶6的凹面槽61完全贴合：(1)所述标定球5和吸力标定靶6采用磁性的方式互相吸合：在吸力标定靶6内设置有磁铁，在标定球5内设置有磁性材料，当机器人带动标定球5在姿态不变的情况下靠近吸力标定靶6时，吸力标定靶6和标定球5互相吸合，使标定球5的球面与吸力标定靶6的凹面槽61完全贴合。当然，也可在通过标定球5内设置有磁铁，在吸力标定靶6内设置有磁性材料实现磁吸。(2)所述标定球5和吸力标定靶6采用真空吸附的方式互相吸合：在凹面槽61上开设有多个气孔，所述气孔连接抽真空装置，当机器人带动标定球5在姿态不变的情况下靠近吸力标定靶6时，抽真空装置抽真空使凹面槽61形成负压，使标定球5被吸合到凹面槽61内，使标定球5的球面与吸力标定靶6的凹面槽61完全贴合。当然，也可在通过标定球5上设置有气孔，气孔连接抽真空装置实现真空吸附。

在某些具体实施例中，为了排除人为因素，保证标定时标定球5的球面跟吸力标定靶6的凹面槽61完全贴合，所述标定工具头还包括变形传感器3，此外标定球5采用主动式电容标定球，需要通过电源为其供电；所述主动式电容标定球与变形传感器3连接：对变形传感器3进行预调零，然后使机器人在保持姿态不变的情况下带动标定球5靠近吸力标定靶6，一旦标定球5受到吸引力，就会引起变形传感器3的数值变化，通过调整机器人的执行末端的位置，直至变形传感器3重新归零，此时标定球5的球面跟吸力标定靶6的凹面槽61完全贴合。

本技术方案中，如图2所示，调零后的变形传感器3随姿态不变的标定球5靠近吸力标定靶6，当标定球5受到吸引力时，则会引起变形传感器3的数值变化，因此通过控制机器人的运动移动使标定球5跟吸力标定靶6贴合，以变形传感器3的数值重新回零作为完全贴合的判断依据。由于自重，标定球5在不同姿态下，变形传感器3采集到的值必然不同，所以，在进行标定的时候，变换姿态后一定要在只受自重和环境影响下进行调零。

在某些具体实施例中，所述标定球5可以通过内装的电池或者通过通讯线连接电源进行供电，本技术方案不作详细规定。

为了方便在标定时控制机器人的移动以使变形传感器3实现快速重新归零，可以如下设置：(1)所述变形传感器3与控制移动模块连接，控制移动模块与机器人连接，变形传感器3将实时采集的数值反馈至控制移动模块，控制移动模块根据反馈的数值指导机器人移动，使标定球5的球面跟吸力标定靶6的凹面槽61实现快速完全贴合，以简化标定流程。(2)还包括用于根据变形传感器3采集的变形量实现亮灯提示的LED指示灯和调零按键，所述LED指示灯与变形传感器3连接，调零按键与变形传感器3连接：如通过设置一圈LED灯作为标定球5变形方位的指示，通过红、黄、绿作为变形传感器3的变形量由大到小的信号；调零按钮的作用是把当前姿态下所受的形变力作为零点，如在机器人末端安装好标定工具头，而且调整标定工具头姿态完成(即确保标定工具头后续只会进行空间移动，而不会进行任何旋转动作的情况)，此时由于标定工具头自身的重量会引起变形传感器3有数据，因为姿态不会再有变化，所以通过按调零按钮把此时变形传感器3的数据作为基准点(即零点)。

在某些具体实施例中，为了方便安装，所述标定工具头还包括通讯接头2、工具连接法兰1和标定工具连杆4，所述变形传感器3设置在工具连接法兰1上，通讯接头2设置在工具连接法兰1上，变形传感器3与标定球5之间通过标定工具连杆4连接，工具连接法兰1与机器人的末端法兰盘配合安装，所述工具连接法兰1、通讯接头2、变形传感器3、标定工具连杆4和主动式电容标定球5组装为标定工具头(其中，工具连接法兰1和标定工具连杆4作为连接结构使标定球5安装在机器人的末端法兰盘处)，把标定工具头装配在机器人的末端，变形传感器3通过通讯接头2、通讯电缆9的作用与计算机10连接，使计算机10可以实时采集变形传感器3当前的变形量。当然，所述标定工具头不限于上述安装结构，只要能够方便结构的安装和效果的实现即可，如变形传感器3也可以安装在标定工具连杆4与标定球5之间。

在某些具体实施例中，所述触摸屏7采用高硬度玻璃高PPI触摸屏，所述高硬度玻璃高PPI触摸屏使用的是电容式感应技术，只要配合主动式电容标定球的信号，即可获得高精度的接触位置，比肉眼判断的要快速并精确得多。其中，高硬度玻璃高PPI触摸屏的高硬度玻璃保证了屏幕的表面平整度以及耐用性能，满足经常接触使用的要求。PPI(PixelsPer Inch)表示每英寸所拥有的像素数量，本高硬度玻璃高PPI触摸屏可以做到高PPI(即一个像素点的边长小于等于0.05mm)，通过该高分辨率来显示标准图案，用于精度判别。

本实际使用中，所述高硬度玻璃高PPI触摸屏在标定时需要进行固定，可以采用各种固定结构对高硬度玻璃高PPI触摸屏进行固定。本实施例中，所述高硬度玻璃高PPI触摸屏通过标定支架8进行固定，所述标定支架8采用相机三角固定架的结构。

本技术方案中，所述标定支架8和触摸屏7组成标定板装置，通过标定支架8或者其他固定工装把触摸屏7固定，对变形传感器3进行预调零，通过移动机器人执行末端带动姿态不变的标定球5在触摸屏7上进行触摸，引起变形传感器3感应的数据变化后，然后移动机器人执行末端带动姿态不变的标定球5在触摸屏7缓慢移动，直至变形传感器3的数据回零且触摸屏7能够测出触碰点为获取标定点的判断依据。

一种如上述所述用于标定多机器人协同工作坐标系的装置的标定方法，具体包括以下步骤：

S1：确定每个机器人的基坐标系：按照协作关系固定好需要标定的机器人，保证机器人基坐标系在标定过程中不再发生位移，获得各个机器人的基坐标系，记为{B}；

S2：在每个机器人的末端上安装标定工具头；

S3：固定吸力标定靶6，对变形传感器3进行预调零，然后使机器人在保持姿态不变的情况下带动标定球5靠近吸力标定靶6使变形传感器3的数值变化(不为零)，控制机器人的执行末端的位置，直至变形传感器3重新归零，此时标定球5的球面跟吸力标定靶6的凹面槽61完全贴合，获取当前标定球5的位置信息；

S4：重复执行S3至设定次数，每执行一次则使机器人改变一次姿态，以通过多点法确定机器人的工具坐标系，记为{T}；

S5：按照机器人的数量重复执行S3至S4，以确定全部机器人的工具坐标系；

S6：将全部机器人按相邻两个机器人为一组进行分组；

S7：在其中一组两个机器人之间固定标定板装置；

S8：对变形传感器3进行预调零，然后使机器人在保持姿态不变的情况下带动标定球5在触摸屏7上进行触摸，引起变形传感器3感应的数据变化后，然后移动机器人执行末端带动姿态不变的标定球5在触摸屏7缓慢移动，直至变形传感器3的数据回零且触摸屏7能够测出触碰点的位置数据；

S9：重复执行S8至设定次数，每执行一次则在不改变机器人姿态的前提下改变标定球5在触摸屏7上的位置，两次执行位置之间间距预设值，以确定机器人的用户坐标系；

S10：对同一组两个机器人均执行S8至S9，以确定同一组两个机器人各自的用户坐标系，并获取同一组两个机器人之间用户坐标系的联系；

S11：建立同一组两个机器人之间基坐标系的联系：计算同一机器人基坐标系与工具坐标系的转换关系、工具坐标系与用户坐标系的转换关系，最终得到该机器人的基坐标系与用户坐标系的转换关系；根据同一组两个机器人之间用户坐标系的关系，最终建立同一组两个机器人之间基坐标系的联系；

S12：重复执行S7至S11，直至建立全部机器人之间基坐标系的联系。

在某些具体实施例中，可通过四点法确定每个机器人的工具坐标系，即所述S4中，重复执行S3至4次。

在某些具体实施例中，可通过三点法确定每组机器人中每个机器人的用户坐标系，即所述S9中，重复执行S8至3次。

在某些具体实施例中，所述S9中，每执行一次则在不改变机器人姿态的前提下改变标定球5在触摸屏7上的位置，两次执行位置之间间距预设值，以确定机器人的用户坐标系，其中，两次执行位置之间间距预设值一般大于10cm。

其中，建立同一组两个机器人之间基坐标系的联系，具体的计算过程如下：

(1)在S1中，通过读取机器人当前位姿值可以得出基于机器人的基坐标系的末端法兰盘坐标系的矩阵为^BM_E；

(2)在S2至S4中，得到基于机器人末端法兰盘的标定工具坐标系的矩阵为^EM_T；

(3)通过(1)和(2)得到基于机器人基坐标系的标定工具坐标系矩阵为^BM_E·^EM_T＝^BM_T；

(4)根据(1)至(3)，以及S7至S11，最终得到基于机器人基坐标系的用户坐标系矩阵为^BM_U：

在S11中，建立同一组两个机器人之间用户坐标系的关系，具体包括以下过程：在建立机器人在触摸屏7上的用户坐标系时，通过采集到机器人执行末端基于标定板装置原点坐标系{O}(即触摸屏7的原点坐标系)的三个点参数(通过三点法确定机器人的用户坐标系)，通过标定板装置通讯电缆传输给计算机，让计算机算出每个机器人用户坐标系{U}基于标定板装置原点坐标系{O}的位置关系，如图4所示，三个点参数分别为P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)、P3(x3，y3，z3)坐标值均基于标定板装置上原点坐标系{O}，由于触摸屏7是平面，所以z值均为0，用户坐标系{U}与标定板装置原点坐标系{O}相对关系只差θ°，位置偏差为

由此可得：用户坐标系{U}与标定板装置原点坐标系{O}的矩阵

由上述式子和上述步骤可以通过标定板装置建立起两个机器人基坐标系的关系

^BM_O＝^BM_U*(^OM_U)^-1

两边求逆得出以标定板原点坐标系为基准：

^OM_B＝^OM_U*(^BM_U)^-1

因此如图2所示每两个机器人进行协同标定后得出如下关系：

^B1M_B2＝^B1M_U1*^U1M_U2*^U2M_B2

^B1M_B2＝^B1M_U1*^U1M_U2*(^B2M_U2)^-1

其中，^U1M_U2＝(^OM_U1)^-1*^OM_U2

^B1M_U1和^B2M_U2为已知，所以可以算出两个机器人基坐标系之间的关系。

由此方法可以通过两两机器人相互标定算出机器人群相互关系^B1M_B2、^B2M_B3···^Bi-1M_Bi；再算出任意两个机器人之间的关系^BmM_Bn。

具体实施中，可以将本装置及其标定方法应用在多个机器人同时在不同位置对同一大型工件进行焊接，以提高生产效率，如图5所示，工件到达定位后，由视觉系统进行工件坐标系测量，测出工件坐标系{W}基于机器人基坐标系{B1}的位姿矩阵^B1M_W，代入标定后的数据，可得

^B2M_W＝(^B1M_B2)^-1*^B1M_W；

^B3M_W＝(^B2M_B3)^-1*^B2M_W；

······

^BnM_W＝(^B1M_Bn)^-1*^B1M_W＝(^BmM_Bn)^-1*^BmM_W；

此例子只是本技术方案的其中一个具体实施方式，但是本技术方案并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

本技术方案现对于现有技术，具有以下优点：

(1)精度高且价格低廉：本技术方案依赖于敏感变形传感器3和主动式电容标定球5的主动式电容触摸技术，完全依靠标定装置来采集数据，对比一般的依靠操作员肉眼判断的标定方式，精度大大提升；另外本方案采用的传感器都是常规传感器，容易替代，可以根据使用场景区分精度要求，从中选择合适的传感器来组装最优性价比的标定装置。

(2)操作简单方便，效率高：本技术方案中提供的标定方法步骤简单，甚至可以自动完成标定操作，多机器人协作不可避免经常进行标定，采用本技术方案的装置及方法可以快速完成标定。

(3)小型便携、实际操作性强，稳定性高：本标定装置小型便携，可以适应不同生产场合，另外标定属于常规操作，重复操作次数很多，而本方案的操作方法不会使操作员疲劳，不会有操作失误，所以本技术方案的系统方案具有很高的稳定性。

(4)多功能性与可拓展定制：本技术方案的主动式电容标定球5可以通过定制的方式装配到机器人末端工具上，借助吸力标定靶6进行工具坐标系标定，由此,可以获得更高工具坐标系精度；另外，定制的电容标定球5配合触摸板7，可以作为标准工件辅助机器人进行各类精度测试。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

附图标号：

工具连接法兰1；通讯接头2；变形传感器3；标定工具连杆4；标定球5；吸力标定靶6；凹面槽61；触摸板7；标定支架8。

Claims (10)

1.一种用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，包括标定工具头、吸力标定靶(6)和标定板机构：

所述标定工具头包括通过连接结构安装在机器人的末端法兰盘处的标定球(5)和变形传感器(3)，所述标定球(5)和变形传感器(3)连接；

吸力标定靶(6)，在标定过程中位置固定，与标定球通过多点吸合以确定基于机器人执行末端的工具坐标系；

所述标定板机构包括触摸屏(7)，触摸屏(7)在标定过程中位置固定，触摸屏(7)与标定球(5)配合通过多点法以确定基于机器人执行末端在触摸屏(7)上的用户坐标系；

在机器人基座固定的情况下，获取机器人的基坐标系，通过计算同一机器人基坐标系与工具坐标系的转换关系、工具坐标系与用户坐标系的转换关系，最终得到该机器人的基坐标系与用户坐标系的转换关系；通过在触摸屏(7)上建立不同机器人各自的用户坐标系，最终得到不同机器人的基坐标系之间的转换关系，从而完成多机器人协同工作坐标系的标定。

2.根据权利要求1所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，在吸力标定靶(6)的顶端设置有一个与标定球(5)的球面相匹配的凹面槽(61)，标定的时候需要把标定球(5)的球面跟吸力标定靶(6)的凹面槽(61)完全贴合。

3.根据权利要求2所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，所述标定球(5)和吸力标定靶(6)采用磁性的方式互相吸合。

4.根据权利要求2所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，所述标定球(5)和吸力标定靶(6)采用真空吸附的方式互相吸合。

5.根据权利要求3或4任一所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，所述标定球(5)采用主动式电容标定球，主动式电容标定球通过电源为其供电。

6.根据权利要求5所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，所述变形传感器(3)与控制移动模块连接，控制移动模块与机器人连接，变形传感器(3)将实时采集的数值反馈至控制移动模块，控制移动模块根据反馈的数值指导机器人移动，使标定球(5)的球面跟吸力标定靶(6)的凹面槽(61)实现快速完全贴合。

7.根据权利要求5所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，还包括用于根据变形传感器(3)采集的变形量实现亮灯提示的LED指示灯和调零按键，所述LED指示灯与变形传感器(3)连接，调零按键与变形传感器(3)连接。

8.根据权利要求5所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，所述触摸屏(7)采用高硬度玻璃高PPI触摸屏。

9.根据权利要求8所述的用于标定多机器人协同工作坐标系的装置，其特征在于，所述触摸屏(7)通过固定工装在标定过程中进行固定。

10.一种如权利要求1-9任一所述用于标定多机器人协同工作坐标系的装置的标定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：确定每个机器人的基坐标系：按照协作关系固定好需要标定的机器人，保证机器人基坐标系在标定过程中不再发生位移，获得各个机器人的基坐标系；

S2：在每个机器人的末端上安装标定工具头；

S3：固定吸力标定靶(6)，对变形传感器(3)进行预调零，然后使机器人在保持姿态不变的情况下带动标定球(5)靠近吸力标定靶(6)使变形传感器(3)的数值变化，控制机器人的执行末端的位置，直至变形传感器(3)重新归零，此时标定球(5)的球面跟吸力标定靶(6)的凹面槽(61)完全贴合，获取当前标定球(5)的位置信息；

S4：重复执行S3至设定次数，每执行一次则使机器人改变一次姿态，以通过多点法确定机器人的工具坐标系；

S5：按照机器人的数量重复执行S3至S4，以确定全部机器人的工具坐标系；

S6：将全部机器人按相邻两个机器人为一组进行分组；

S7：在其中一组两个机器人之间固定标定板装置；

S8：对变形传感器(3)进行预调零，然后使机器人在保持姿态不变的情况下带动标定球(5)在触摸屏(7)上进行触摸，引起变形传感器(3)感应的数据变化后，然后移动机器人执行末端带动姿态不变的标定球(5)在触摸屏(7)缓慢移动，直至变形传感器(3)的数据回零且触摸屏(7)能够测出触碰点的位置数据；

S9：重复执行S8至设定次数，每执行一次则在不改变机器人姿态的前提下改变标定球(5)在触摸屏(7)上的位置，两次执行位置之间间距预设值，以确定机器人的用户坐标系；

S10：对同一组两个机器人均执行S8至S9，以确定同一组两个机器人各自的用户坐标系，并获取同一组两个机器人之间用户坐标系的联系；

S11：建立同一组两个机器人之间基坐标系的联系：计算同一机器人基坐标系与工具坐标系的转换关系、工具坐标系与用户坐标系的转换关系，最终得到该机器人的基坐标系与用户坐标系的转换关系；根据同一组两个机器人之间用户坐标系的关系，最终建立同一组两个机器人之间基坐标系的联系；

S12：重复执行S7至S11，直至建立全部机器人之间基坐标系的联系。

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