CN111872921B - 一种机器人双夹手校准系统及示教方法 - Google Patents

一种机器人双夹手校准系统及示教方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机器人双夹手校准系统及示教方法，包括：机器人双夹手模块，平台夹具系统，辅助校准工装，数据库；其中，所述辅助校准工装包括底盘和锥部。示教方法包括依次建立机器人双夹手模块的工具坐标系和平台夹具系统的工件坐标系；再建立两个坐标系的面平行；最后设置所述机器人双夹手模块与所述平台夹具系统的重合点。本发明的机器人双夹手模块与平台夹具系统的同轴度好，位置精准，减少工件损伤概率；大大提高示教速度；满足大多数机器人的示教应用需求。

Description

一种机器人双夹手校准系统及示教方法
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种机器人双夹手校准系统及示教方法。
背景技术
在包含机器人的自动化系统中，必然需要通过精确控制机器人移动点位实现自动化系统的功能，然而考虑设备的加工精度、安装定位精度、装配精度等，机器人离线编程方案是无法替代示教编程，在机器人搬运系统的示教中最关键的点位就是工件抓取点。工件抓取点的示教完全依赖人的肉眼观察，产生精度差、失误率高、返工概率高等一系列问题，而机器人双工位同步搬运系统中，需要同步抓取两个工件，此类问题尤为突出。
现有专利CN106363637A公开了一种机器人快速示教方法及装置，具体公开了机器人快速方法需借助摄像机、增强现实设备、动作捕捉模块等多种设备，通过操作者以躯体的关节运动作为机器人的示教动作，虽然智能程度较高，但是其成本高，操作难度大，使用中受空间遮挡、环境光影响大，难以保证精度和可靠性；现有专利CN104772754A公开了一种机器人示教器及示教方法，具体是利用机械手上安装的三个特定传感器实现机器人动作示教的自动化，但未对末端动作的示教提出有效解决策略。
双工位同步搬运系统对夹具系统与机器人夹手的同心度、接触面的平行度有着更高的要求，两个工位要求同时保证，否则容易对工件挤压、碰撞、刮蹭从而损伤工件或丢失机器人的抓取位置精度。因此现需要设计一种机器人双夹手校准系统及示教方法来解决上述问题。
发明内容
为解决上述现有技术中问题，本发明提供了一种机器人双夹手校准系统及示教方法，实现了不需额外添加传感器，辅以形状简单的校准工装，即可实现工业现场机器人双夹手抓取点位的快速精准示教。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种机器人双夹手校准系统，包括：
机器人双夹手模块，其包括第一夹手工具和第二夹手工具；
平台夹具系统，其包括第一平台夹具和第二平台夹具；
辅助校准工装，其固定于第一夹手工具、第二夹手工具、第一平台夹具和第二平台夹具上；
数据库，用于存储所述辅助校准工装的位置坐标数据；
其中，所述辅助校准工装包括底盘和锥部。
在本发明的一些实施例中，所述第一夹手工具与所述第二夹手工具的空间位置相对固定。
一种机器人双夹手的示教方法，包括以下步骤：
S1、建立所述机器人双夹手模块的工具坐标系；
S2、建立所述平台夹具系统的工件坐标系；
S3、建立步骤S1中所述工具坐标系与步骤S2中所述工件坐标系的面平行；
S4、设置所述机器人双夹手模块与所述平台夹具系统的重合点。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、建立第一工具坐标系T1：所述第一夹手工具将所述辅助校准工装夹紧后，利用所述第一夹手工具、所述辅助校准工装和机器人的三维模型得到所述锥部的尖点在法兰坐标系中的偏置数据；
S12、根据所述步骤S11中的偏置数据对所述法兰坐标系的原点进行偏移后得到第一工具坐标系的原点，该原点为所述第一夹手工具的中心点TC1；同时将第一工具坐标系T1的数据存入所述数据库中；
在本发明的一些实施例中，所述步骤S1还包括以下步骤：
S13、建立第二工具坐标系T2：将所述步骤S11和所述步骤S12中的所述第一夹手工具替换为所述第二夹手工具，即得到第二工具坐标系的原点，该原点为所述第二夹手工具的中心点TC2；同时将第二工具坐标系T2的数据存入所述数据库中。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、将所述第一夹手工具移动到所述平台夹具的系统内；
S22、以所述第一夹手工具上的辅助校准工装为测量工具，根据三点法分别示教原点、X轴正向任一点和XY平面内任一点，即可得到平台夹具系统的工件坐标系U1；同时将工件坐标系U1的数据存入所述数据库中。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、将所述第一夹手工具上的辅助校准工装移动到所述工件坐标系U1内，记录该辅助校准工装的尖点在工件坐标系U1内的位置P1（X1，Y1，Z1，A1，B1，C1）；其中X1，Y1，Z1分别为P1在工件坐标系U1的X轴，Y轴，Z轴方向上的坐标，A1，B1，C1分别为P1绕工件坐标系U1的X轴，Y轴，Z轴的旋转角度；
S32、将P1的坐标数据修改为（X1，Y1，Z1，0，0，C1）后得到P1’，机器人根据P1’的坐标数据控制所述第一夹手工具上的辅助校准工装的尖点移动到P1’， 此时第一工具坐标系T1的XY平面与所述工件坐标系U1的XY平面平行。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4包括以下步骤：
S41、所述第一平台夹具和所述第二平台夹具分别夹持所述辅助校准工装，得到第一平台夹具的中心点UC1和第二平台夹具的中心点UC2；
S42、手动将所述第一夹手工具的中心点TC1移动到所述第一平台夹具的中心点UC1处，即中心点TC1与中心点UC1重合，得到当前工具坐标系T1在工件坐标系U1内的位置P2（X2，Y2，Z2，0，0，C2）；
S43、将机器人绕第一工具坐标系T1的Z轴旋转至所述第二夹手工具的中心点TC2与所述第二平台夹具的中心点UC2重合；得到工具坐标系T1在工件坐标系U1内的位置P3（X2，Y2，Z2，0，0，C3）；
S44、根据所述辅助校准工装的实际尺寸计算得到修正值DZ，最后得到所述机器人双夹手模块的准确抓取位置P4（X2，Y2，Z2-DZ，0，0，C3）。
在本发明的一些实施例中，在所述步骤S43中，所述中心点TC1与所述中心点UC1的重合关系保持不变。
在本发明的一些实施例中，在所述步骤S43中，所述步骤S3中建立的面平行关系保持不变。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明的机器人双夹手模块与平台夹具系统的同轴度好，位置精准，减少工件损伤概率；避免了在取料过程中，容易使工件受到夹具的挤压、碰撞、刮蹭，损伤工件；大大提高示教速度；方法简单，成本低，适用性强，满足大多数机器人的示教应用需求；不需要额外配置相机、激光位移等测量传感器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为所述辅助校准工装的立体结构示意图。
图2为所述辅助校准工装的正视图。
图3为所述校准系统的结构立体示意图。
图4为所述校准系统的结构正视图。
附图标记：1-辅助校准工装；11-锥部；12-底盘；2-机器人双夹手模块；21-第一夹手工具；22-第二夹手工具；3-平台夹具系统；31-第一平台夹具；32-第二平台夹具。
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。
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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义
一种机器人双夹手校准系统，包括：机器人双夹手模块2、平台夹具系统3、辅助校准工装1和数据库。其中，机器人双夹手模块2包括第一夹手工具21和第二夹手工具22；平台夹具系统3包括第一平台夹具31和第二平台夹具32；且第一夹手工具21、第二夹手工具22、第一平台夹具31和第二平台夹具32上均固定有辅助校准工装7。数据库用于存储所述辅助校准工装1的位置坐标数据。
参照图1和图2所示，辅助校准工装1包括底盘12和锥部11，其中，底盘12是用于夹持在机器人夹手工具和平台夹具上的；锥部11的顶端设有尖点，位于平台夹具系统3上的辅助校准工装1被夹紧后，其尖点与工件被夹紧时的中心连线垂直于夹具系统平台。
在本发明的一些实施例中，所述第一夹手工具21与所述第二夹手工具22的空间位置相对固定。
本发明的机器人双夹手模块2与平台夹具系统3的同轴度好，位置精准，减少工件损伤概率；避免了在取料过程中，容易使工件受到夹具的挤压、碰撞、刮蹭，损伤工件。
在介绍示教方法前，简单说明下本申请中的具体术语含义。
工件坐标系：与待抓取的工件空间位置相关的直角坐标系，由用户建立，建立方法在厂家的机器人控制中已经提供，遵循右手定则。
法兰坐标系：原点固定在机器人法兰的直角坐标系，出厂时由厂家设定，遵循右手定则。
工具坐标系：与机器人末端的夹手结构有关的直角坐标系，由用户建立，建立方法在厂家的机器人控制中已经提供，遵循右手定则。
机器人位置P（X，Y，Z ，A，B，C）：X、Y、Z表示机器人工具坐标系原点在工件坐标系下的坐标，A、B、C表示机器人工具坐标系绕工件坐标系X、Y、Z轴的旋转角度。
在本申请中，机器人双夹手模块2中的第一夹手工具21所在的坐标系为第一工具坐标系T1，第二夹手工具22所在的坐标系为第二工具坐标系T2；平台夹具系统3中的第一平台夹具31和第二平台夹具32所在的坐标系为工件坐标系U1。
上述机器人双夹手校准系统的示教方法，包括以下步骤：
S1、建立所述机器人双夹手模块2的工具坐标系：
S11、建立第一工具坐标系T1：所述第一夹手工具21将所述辅助校准工装1夹紧后，利用所述第一夹手工具21、所述辅助校准工装1和机器人的三维模型，在三维软件中可直接得到所述锥部11的尖点在法兰坐标系中X，Y，Z方向上的偏置数据；
S12、根据所述步骤S11中的偏置数据对所述法兰坐标系的原点进行偏移后得到第一工具坐标系T1的原点，该原点为所述第一夹手工具的中心点TC1；同时将第一工具坐标系T1的数据存入所述数据库中；
S13、建立第二工具坐标系T2：重复步骤S11和S12，并将所述步骤S11和所述步骤S12中的所述第一夹手工具替换为所述第二夹手工具22，即得到第二工具坐标系T2的原点，该原点为所述第二夹手工具22的中心点TC2；同时将第二工具坐标系T2的数据存入所述数据库中；
具体地说，所述第二夹手工具22将所述辅助校准工装1夹紧后，利用所述第二夹手工具22、所述辅助校准工装1和机器人的三维模型，在三维软件中可直接得到所述锥部11的尖点在法兰坐标系中X，Y，Z方向上的偏置数据；根据偏置数据对所述法兰坐标系的原点进行偏移后得到第二工具坐标系T2的原点。
S2、建立所述平台夹具系统的工件坐标系：
S21、将所述第一夹手工具21移动到所述第一平台夹具31的系统内；
S22、以所述第一夹手工具21上的辅助校准工装1为测量工具，根据三点法分别示教原点、X轴正向任一点和XY平面内任一点，即可得到平台夹具系统的工件坐标系U1；同时将工件坐标系U1的数据存入所述数据库中。
S3、建立步骤S1中所述工具坐标系与步骤S2中所述工件坐标系的面平行：
S31、将所述第一夹手工具21上的辅助校准工装1移动到所述工件坐标系U1内，记录该辅助校准工装1的尖点在工件坐标系U1内的位置P1（X1，Y1，Z1，A1，B1，C1）；其中X1，Y1，Z1分别为P1在工件坐标系U1的X轴，Y轴，Z轴方向上的坐标，A1，B1，C1分别为P1绕工件坐标系U1的X轴，Y轴，Z轴的旋转角度；
S32、将P1的坐标数据修改为（X1，Y1，Z1，0，0，C1）后得到P1’，机器人根据P1’的坐标数据控制所述第一夹手工具21上的辅助校准工装1的尖点移动到P1’， 此时第一工具坐标系T1的XY平面与所述工件坐标系U1的XY平面平行，即第一工具坐标系T1与工件坐标系U1的XY平面平行。
S4、设置所述机器人双夹手模块2与所述平台夹具系统3的重合点：
S41、所述第一平台夹具31和所述第二平台夹具32分别夹持所述辅助校准工装1，参照图4所示，该辅助校准工装1的尖点即定为第一平台夹具的中心点UC1和第二平台夹具的中心点UC2；
S42、手动将所述第一夹手工具的中心点TC1移动到所述第一平台夹具的中心点UC1处，即中心点TC1与中心点UC1重合，得到中心点TC1在工件坐标系U1内的位置P2（X2，Y2，Z2，0，0，C2）；
S43、将机器人绕第一工具坐标系T1的Z轴旋转至所述第二夹手工具22的中心点TC2与所述第二平台夹具32的中心点UC2重合；得到当前工具坐标系T1在工件坐标系U1内的位置P3（X2，Y2，Z2，0，0，C3）；在该过程中，所述中心点TC1与所述中心点UC1的重合关系保持不变；步骤S3中建立的面平行关系保持不变；也就是说在该步骤后，中心点TC1与中心点UC1重合，中心点TC2与中心点UC2重合；
S44、由于位置P3与实际取放工件的位置相比仅在Z轴方向上有偏差，所以根据所述辅助校准工装1的实际尺寸计算得到修正值DZ，最后得到所述机器人双夹手模块的准确抓取位置P4（X2，Y2，Z2-DZ，0，0，C3），将该位置P储存在数据库中，至此完成示教过程。
因为机器人双夹手模块2中的第一夹手工具21和第二夹手工具22的相对空间位置不变，所以在确定了任一夹手工具的抓取位置点后，也就确定另外一个夹手工具的抓取位置点，只需在数据库中存储任一个夹手工具的抓取位置点的坐标数据。
本发明中的示教方法简单，成本低，适用性强，满足大多数机器人的示教应用需求；不需要额外配置相机、激光位移等测量传感器，大大提高示教速度。克服了人工肉眼示教机器人抓取点耗费大量时间和精力且难以保证精度的问题，避免了多次反复示教。
在上述实施方式的描述中，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例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种机器人双夹手校准系统，其特征在于，包括：
机器人双夹手模块，其包括第一夹手工具和第二夹手工具；
平台夹具系统，其包括第一平台夹具和第二平台夹具；
辅助校准工装，其固定于第一夹手工具、第二夹手工具、第一平台夹具和第二平台夹具上；
数据库，用于存储所述辅助校准工装的位置坐标数据；
其中，所述辅助校准工装包括底盘和锥部；
其示教方法，包括以下步骤：
S1、建立所述机器人双夹手模块的工具坐标系；
S2、建立所述平台夹具系统的工件坐标系；
S3、建立步骤S1中所述工具坐标系与步骤S2中所述工件坐标系的面平行；
S4、设置所述机器人双夹手模块与所述平台夹具系统的重合点；
其中，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、建立第一工具坐标系T1：所述第一夹手工具将所述辅助校准工装夹紧后，利用所述第一夹手工具、所述辅助校准工装和机器人的三维模型得到所述锥部的尖点在法兰坐标系中的偏置数据；
S12、根据所述步骤S11中的偏置数据对所述法兰坐标系的原点进行偏移后得到第一工具坐标系的原点，该原点为所述第一夹手工具的中心点TC1；同时将第一工具坐标系T1的数据存入所述数据库中；
所述步骤S1还包括以下步骤：
S13、建立第二工具坐标系T2：将所述步骤S11和所述步骤S12中的所述第一夹手工具替换为所述第二夹手工具，即得到第二工具坐标系的原点，该原点为所述第二夹手工具的中心点TC2；同时将第二工具坐标系T2的数据存入所述数据库中。
2.根据权利要求1所述的一种机器人双夹手校准系统，其特征在于，所述第一夹手工具与所述第二夹手工具的空间位置相对固定。
3.根据权利要求1所述的一种机器人双夹手校准系统，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、将所述第一夹手工具移动到所述平台夹具的系统内；
S22、以所述第一夹手工具上的辅助校准工装为测量工具，根据三点法分别示教原点、X轴正向任一点和XY平面内任一点，即可得到平台夹具系统的工件坐标系U1；同时将工件坐标系U1的数据存入所述数据库中。
4.根据权利要求1所述的一种机器人双夹手校准系统，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、将所述第一夹手工具上的辅助校准工装移动到所述工件坐标系U1内，记录该辅助校准工装的尖点在工件坐标系U1内的位置P1（X1，Y1，Z1，A1，B1，C1）；其中X1，Y1，Z1分别为P1在工件坐标系U1的X轴，Y轴，Z轴方向上的坐标，A1，B1，C1分别为P1绕工件坐标系U1的X轴，Y轴，Z轴的旋转角度；
S32、将P1的坐标数据修改为（X1，Y1，Z1，0，0，C1）后得到P1’，机器人根据P1’的坐标数据控制所述第一夹手工具上的辅助校准工装的尖点移动到P1’，此时第一工具坐标系T1的XY平面与所述工件坐标系U1的XY平面平行。
5.根据权利要求1所述的一种机器人双夹手校准系统，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S41、所述第一平台夹具和所述第二平台夹具分别夹持所述辅助校准工装，得到第一平台夹具的中心点UC1和第二平台夹具的中心点UC2；
S42、手动将所述第一夹手工具的中心点TC1移动到所述第一平台夹具的中心点UC1处，即中心点TC1与中心点UC1重合，得到当前工具坐标系T1在工件坐标系U1内的位置P2（X2，Y2，Z2，0，0，C2）；
S43、将机器人绕第一工具坐标系T1的Z轴旋转至所述第二夹手工具的中心点TC2与所述第二平台夹具的中心点UC2重合；得到工具坐标系T1在工件坐标系U1内的位置P3（X2，Y2，Z2，0，0，C3）；
S44、根据所述辅助校准工装的实际尺寸计算得到修正值DZ，最后得到所述机器人双夹手模块的准确抓取位置P4（X2，Y2，Z2-DZ，0，0，C3）。
6.根据权利要求5所述的一种机器人双夹手校准系统，其特征在于，在所述步骤S43中，所述中心点TC1与所述中心点UC1的重合关系保持不变。
7.根据权利要求5所述的一种机器人双夹手校准系统，其特征在于，在所述步骤S43中，所述步骤S3中建立的面平行关系保持不变。
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