CN112247983A - 一种工业机器人标定装置及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业机器人标定装置及标定方法，包括基座，基座的顶端设置有工作台，工作台的顶端中间位置设置有X向电缸，X向电缸的一侧设置有Y向电缸，X向电缸与Y向电缸上均设置有滑块机构，滑块机构的顶端均设置有限位条，限位条的顶端设置有滑台；基座的顶端且位于工作台的一侧设置有机器人手臂，机器人手臂的末端设置有标定机构，基座的一侧设置有控制面板，控制面板内设置有控制单元。有益效果：本发明能够实现标定机构和滑台定位装置的吻合,提高了工业机器人标定的准确性，便于精准控制，有助于提高工业机器人的工作效率和加工制造的精度。

Description

一种工业机器人标定装置及标定方法
技术领域
本发明属于机械加工制造技术领域，尤其是一种工业机器人标定装置及标定方法。
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，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人的精度是用机器人末端的移动轨迹误差来表现的，它也是反映工业机器人性能的一个主要指标之一。
目前，机器人运动轨迹所建立的数学模型，是建立在理想的，所有构件均为刚性构件的基础上，但是由于加工制造，直至装配过程中，机器人构件的误差累计起来，导致其实际运动轨迹与理想模型之间存在一定的误差，另外随着使用时间的增加，各运动副之间难免存在磨损，进一步导致误差增大。另外现有技术在规避误差时，一般采用各种传感器测量，计算，进而修正误差，提高机器人运动轨迹的精度，此种方式操作复杂，无法实现动态捕捉。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
发明目的：提供一种工业机器人标定装置及标定方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
技术方案：一种工业机器人标定装置，包括基座，基座的顶端设置有工作台，工作台的顶端中间位置设置有X向电缸，X向电缸的一侧设置有Y向电缸，X向电缸与Y向电缸上均设置有滑块机构，滑块机构的顶端均设置有限位条，限位条的顶端设置有滑台；基座的顶端且位于工作台的一侧设置有机器人手臂，机器人手臂的末端设置有标定机构，基座的一侧设置有控制面板，控制面板内设置有控制单元。
进一步的，Y向电缸的轴线垂直于X向电缸周轴线的延长线，实现了滑台在XY平面内的移动。
进一步的，滑块机构包括与X向电缸和Y向电缸上滑槽滑动连接的滑块，滑块的顶端中间位置设置有连接块，连接块的顶端对称设置有若干滚轮轴，滚轮轴的顶部均设置有滚轮，连接块的侧面设置有位移传感器，且位移传感器位于连接块侧面的几何中心，若干对称设置的滚轮之间设置有限位条，且滚轮的外圆面与限位条侧面之间相切并滚动连接，采用滚动摩擦的方式代替传统滑块与滑槽之间的滑动摩擦，减少了摩擦力，减少了动力损耗，进而可以在一定程度上较少了位移误差。
进一步的，标定机构包括设置在机器人手臂末端的连接法兰，连接法兰的中间位置设置有夹具，夹具的两侧对称设置有视觉检测高频照相机，夹具的上方与下方对称设置有超声波定位组件，超声波定位组件包括与连接法兰螺纹连接的壳体，壳体内侧顶部设置有超声波接收器，超声波接收器的一侧设置有聚能杯一，壳体内侧底部设置有超声波发生器，超声波发生器的一侧设置有聚能杯二，提高了机器人手臂的末端轨迹精确性。
进一步的，控制单元包括移动控制模块、位置计算模块、视觉检测模块、超声波定位模块、误差修正模块及移动补偿模块，实现了机器人手臂的精准控制。
进一步的，限位条的两端均设置有限位块，限位块上均设置有圆弧槽，且圆弧槽的直径大于滚轮的直径，防止滑台在运动过程中发生脱离轨道的情况出现，进而提高了安全性。
根据本发明的另一方面，提供了一种工业机器人标定方法，采用工业机器人标定装置实现工业机器人的标定，该方法包括以下步骤：
S1：首先物料由滑台移动至指定位置；
S2：控制单元控制机器人手臂按预设轨迹移动夹取物料；
S3：当夹具靠近物料时，通过超声波定位组件定位物料位置，并通过视觉检测高频照相机检测位移误差；
S4：通过误差修正模块和移动补偿模块修正机器人手臂的移动轨迹。
有益效果：
(1)本发明能够实现标定机构和滑台定位装置的吻合,提高了工业机器人标定的准确性，便于精准控制，有助于提高工业机器人的工作效率和加工制造的精度。
(2)通过超声波发生器与超声波接收器相配合，采用超声波回声定位的动态方式来修正机器人手臂的末端轨迹，并通过视觉检测高频照相机实时拍照，通过视觉检测模块来检测修正后的轨迹和理想运动轨迹的误差，以便进一步的修正补偿，提高机器人手臂的末端轨迹精确性。
(3)通过位移传感器来实时监测滑块的位移量，并将位移信号传输给控制单元，通过位置计模块可以得出滑台的位移量，便于控制滑台的移动，进而提高了滑台移动的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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是根据本发明实施例的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是图2中B处的局部放大图；
图4是图1中C处的局部放大图；
图5是根据本发明实施例的限位条的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的控制单元的结构示意图。
图中：
1、基座；2、工作台；3、X向电缸；4、Y向电缸；5、滑块机构；501、滑块；502、连接块；503、滚轮轴；504、滚轮；505、位移传感器；6、限位条；601、限位块；602、圆弧槽；7、滑台；8、机器人手臂；9、标定机构；901、连接法兰；902、夹具；903、视觉检测高频照相机；904、超声波定位组件；905、壳体；906、超声波接收器；907、聚能杯一；908、超声波发生器；909、聚能杯二；10、控制面板；11、控制单元；12、移动控制模块；13、位置计算模块；14、视觉检测模块；15、超声波定位模块；16、误差修正模块；17、移动补偿模块。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
根据本发明的实施例，提供了一种工业机器人标定装置及标定方法。
如图1-6所示，根据本发明实施例的一种工业机器人标定装置包括基座1，基座1的顶端设置有工作台2，工作台2的顶端中间位置设置有X向电缸3，X向电缸3的一侧设置有Y向电缸4，X向电缸3与Y向电缸4上均设置有滑块机构5，X向电缸3可以驱使滑块机构5在X方向移动，Y向电缸4驱使滑块机构5在Y向移动，滑块机构5的顶端均设置有限位条6，两限位条6的延长线相互垂直，限位条6的顶端设置有滑台7，滑块机构5与两相互垂直的限位条6相配合，在电缸的驱动下可以实现沿X轴或沿Y轴的单向移动，也可以实现滑台7在XY平面内任意移动；基座1的顶端且位于工作台2的一侧设置有机器人手臂8，机器人手臂8的末端设置有标定机构9，基座1的一侧设置有控制面板10，控制面板10内设置有控制单元11。
通过本发明的上述方案，能够实现标定机构和滑台定位装置的吻合,提高了工业机器人标定的准确性，便于精准控制，有助于提高工业机器人的工作效率和加工制造的精度。
在一个实施例中，Y向电缸4的轴线垂直于X向电缸3周轴线的延长线，从而在Y向电缸4动作，X向电缸3不动作的情况下，可以驱使滑台7沿Y轴方向移动，在X向电缸3动作，Y向电缸4不动作的情况下，可以驱使滑台7沿X轴方向移动，在X向电缸3和Y向电缸4同时动作的情况下，可以驱使滑台7在XY平面内移动，并通过控制X向电缸3和Y向电缸4的伺服电机的转速与转动方向来控制滑台7移动的快慢与位置。
在一个实施例中，滑块机构5包括与X向电缸3和Y向电缸4上滑槽滑动连接的滑块501，滑块501的顶端中间位置设置有连接块502，连接块502的顶端对称设置有若干滚轮轴503，滚轮轴503的顶部均设置有滚轮504，连接块502的侧面设置有位移传感器505，且位移传感器505位于连接块502侧面的几何中心，通过位移传感器505来实时监测滑块501的位移量，并将位移信号传输给控制单元11，通过位置计算模块13可以得出滑台7的位移量，便于控制滑台7的移动，若干对称设置的滚轮504之间设置有限位条6，且滚轮504的外圆面与限位条6侧面之间相切并滚动连接，位移传感器505的型号为LWH-0130，通过滚轮504与限位条6相配合，采用滚动摩擦的方式代替传统滑块与滑槽之间的滑动摩擦，减少了摩擦力，减少了动力损耗，进而可以在一定程度上较少了位移误差。
在一个实施例中，标定机构9包括设置在机器人手臂8末端的连接法兰901，连接法兰901的中间位置设置有夹具902，夹具902的两侧对称设置有视觉检测高频照相机903，夹具902的上方与下方对称设置有超声波定位组件904，超声波定位组件904包括与连接法兰901螺纹连接的壳体905，壳体905内侧顶部设置有超声波接收器906，超声波接收器906的一侧设置有聚能杯一907，聚能杯一907的直径向远离超声波接收器906的一侧递增，进而增加了超声波接收器906的接收面积，同时具有聚集声波的效果，壳体905内侧底部设置有超声波发生器908，超声波发生器908的一侧设置有聚能杯二909，聚能杯二909直径向远离超声波发生器908的一侧增减，可以在一定程度上增加超声波的能量，减少逸散，通过超声波发生器908与超声波接收器906相配合，采用超声波回声定位的动态方式来修正机器人手臂8的末端轨迹，并通过视觉检测高频照相机903实时拍照，通过视觉检测模块14来检测修正后的轨迹和理想运动轨迹的误差，以便进一步的修正补偿，提高机器人手臂8的末端轨迹精确性。
在一个实施例中，控制单元11包括移动控制模块12、位置计算模块13、视觉检测模块14、超声波定位模块15、误差修正模块16及移动补偿模块17，移动控制模块12用于控制机器人手臂8与X向电缸3及Y向电缸4的移动，位置计算模块13用于计算机器人手臂8的末端轨迹和计算滑台7的移动量，视觉检测模块14用于检测修正后的轨迹和理想运动轨迹的误差，超声波定位模块15用于控制超声波定位组件904发出与接收超声波实现动态的回声定位，误差修正模块16和移动补偿模块17用于修正误差，并计算出补偿量用以精确控制机器人手臂8的末端运动轨迹。
在一个实施例中，限位条6的两端均设置有限位块601，限位块601上均设置有圆弧槽602，且圆弧槽602的直径大于滚轮504的直径，从而圆弧槽602与滚轮504相配合，可以有效防止滑台7在运动过程中发生脱离轨道的情况出现，进而提高了安全性。
根据本发明的实施例，还提供了一种工业机器人标定方法，采用工业机器人标定装置实现工业机器人的标定，该方法包括以下步骤：
步骤S1：首先物料由滑台7移动至指定位置；
步骤S2：控制单元11控制机器人手臂8按预设轨迹移动夹取物料；
步骤S3：当夹具902靠近物料时，通过超声波定位组件904定位物料位置，并通过视觉检测高频照相机903检测位移误差；
步骤S4：通过误差修正模块16和移动补偿模块17修正机器人手臂8的移动轨迹。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
在实际应用时，控制单元11控制X向电缸3和Y向电缸4动作驱使滑台7，将物料从线体上移动至指定位置，然后移动控制模块12控制机器人手臂8按预设轨迹移动，直至夹具902接近物料，届时超声波定位模块15用于控制超声波定位组件904发出与接收超声波，采用超声波回声定位的动态方式来修正机器人手臂8的末端轨迹，并通过视觉检测高频照相机903实时拍照，通过视觉检测模块14来检测修正后的轨迹和理想运动轨迹的误差，以便进一步的修正补偿，提高机器人手臂8的末端轨迹精确性，直至夹具902准确无误的夹取物料。
综上，借助于本发明的上述技术方案，通过超声波发生器908与超声波接收器906相配合，采用超声波回声定位的动态方式来修正机器人手臂8的末端轨迹，并通过视觉检测高频照相机903实时拍照，通过视觉检测模块14来检测修正后的轨迹和理想运动轨迹的误差，以便进一步的修正补偿，提高机器人手臂8的末端轨迹精确性。通过位移传感器505来实时监测滑块501的位移量，并将位移信号传输给控制单元11，通过位置计算模块13可以得出滑台7的位移量，便于控制滑台7的移动，进而提高了滑台7移动的精度。从而能够实现标定机构和滑台定位装置的吻合,提高了工业机器人标定的准确性，便于精准控制，有助于提高工业机器人的工作效率和加工制造的精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种工业机器人标定装置，其特征在于，包括基座(1)，所述基座(1)的顶端设置有工作台(2)，所述工作台(2)的顶端中间位置设置有X向电缸(3)，所述X向电缸(3)的一侧设置有Y向电缸(4)，所述X向电缸(3)与所述Y向电缸(4)上均设置有滑块机构(5)，所述滑块机构(5)的顶端均设置有限位条(6)，所述限位条(6)的顶端设置有滑台(7)；
所述基座(1)的顶端且位于所述工作台(2)的一侧设置有机器人手臂(8)，所述机器人手臂(8)的末端设置有标定机构(9)，所述基座(1)的一侧设置有控制面板(10)，所述控制面板(10)内设置有控制单元(11)。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，所述Y向电缸(4)的轴线垂直于所述X向电缸(3)周轴线的延长线。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，所述滑块机构(5)包括与所述X向电缸(3)和所述Y向电缸(4)上滑槽滑动连接的滑块(501)，所述滑块(501)的顶端中间位置设置有连接块(502)，所述连接块(502)的顶端对称设置有若干滚轮轴(503)，所述滚轮轴(503)的顶部均设置有滚轮(504)。
4.根据权利要求3所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，所述连接块(502)的侧面设置有位移传感器(505)，且所述位移传感器(505)位于所述连接块(502)侧面的几何中心。
5.根据权利要求3所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，若干对称设置的所述滚轮(504)之间设置有所述限位条(6)，且所述滚轮(504)的外圆面与所述限位条(6)侧面之间相切并滚动连接。
6.根据权利要求1所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，所述标定机构(9)包括设置在所述机器人手臂(8)末端的连接法兰(901)，所述连接法兰(901)的中间位置设置有夹具(902)，所述夹具(902)的两侧对称设置有视觉检测高频照相机(903)，所述夹具(902)的上方与下方对称设置有超声波定位组件(904)。
7.根据权利要求6所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，所述超声波定位组件(904)包括与所述连接法兰(901)螺纹连接的壳体(905)，所述壳体(905)内侧顶部设置有超声波接收器(906)，所述超声波接收器(906)的一侧设置有聚能杯一(907)，所述壳体(905)内侧底部设置有超声波发生器(908)，所述超声波发生器(908)的一侧设置有聚能杯二(909)。
8.根据权利要求1所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，所述控制单元(11)包括移动控制模块(12)、位置计算模块(13)、视觉检测模块(14)、超声波定位模块(15)、误差修正模块(16)及移动补偿模块(17)。
9.根据权利要求3所述的一种工业机器人标定装置，其特征在于，所述限位条(6)的两端均设置有限位块(601)，所述限位块(601)上均设置有圆弧槽(602)，且所述圆弧槽(602)的直径大于所述滚轮(504)的直径。
10.一种工业机器人标定方法，其特征在于，用于权利要求1-9中任意一项所述的一种工业机器人标定装置实现工业机器人的标定，该方法包括以下步骤：
S1：首先物料由滑台(7)移动至指定位置；
S2：控制单元(11)控制机器人手臂(8)按预设轨迹移动夹取物料；
S3：当夹具(902)靠近物料时，通过超声波定位组件(904)定位物料位置，并通过视觉检测高频照相机(903)检测位移误差；
S4：通过误差修正模块(16)和移动补偿模块(17)修正机器人手臂(8)的移动轨迹。
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