CN112729110A - 机器人轻微碰撞补偿校正系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人轻微碰撞补偿校正系统，其包括标准激光检测单元及定位针；标准激光检测单元安装固定在目标产品操作面上；标准激光检测单元包括K光束发射端、K光束接收端、M光束发射端及M光束接收端；机器人夹爪通过转盘安装到机器人手臂；定位针尾端固定在转盘的夹爪侧；定位针头端设置有探测球；处理器中标定有标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(X0，Y0，Z0)；处理器控制夹爪运动，获得标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系坐标值(x1，y1，z1)，对机器人运动点位的偏移量进行矫正。本发明，能对机器人轻微碰撞导致机器人运动点位的偏移量能自动快速有效的矫正，提高机器人的工作效率及操作精确度。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术，特别涉及一种机器人轻微碰撞补偿校正系统。
背景技术
现今的自动化产线，机器人的应用越来越广泛，既可降低企业的制造管理成本，又能提升制造效率，降低产品的制造成本。
但是，机器人有一个共性的问题，即：机器人碰撞后，机器人夹爪的机械机构会偏移，需要人工进行示教运动点位，才能恢复生产。
人工示教有以下问题：
1)时间长。
2)安全问题显著,需要屏蔽安全开关进行示教。
3)存在质量隐患。如果示教后无法完全匹配工艺要求，会产生批量质量风险。
所以，怎样实现机器人快速示教，成为行业内的攻关难题。
在自动化产线中，机器人的碰撞有90％是轻微碰撞，会影响机器人夹爪的机械结构。从而使原有的运动点位需要调整才能从新生产。
这类轻微碰撞，一般会影响正负1毫米的偏差。但依然需要技术员进行系统的示教才能恢复。行业内缺乏快速、有效的解决方法。
六轴机器人，其坐标系由六轴组成，机器人动作复杂，机器人活动的范围广，容易发生碰撞，其碰撞后需示教的问题更加显著。所以，针对六轴机器人的迅速示教，一直处于行业研究的重点领域。
工业机器人坐标系是为确定机器人的位置和姿态而在机器人或空间上进行的位置指标系统。常见的坐标系有：基坐标系(Base Coordinate System)、大地坐标系(WorldCoordinate System)、工具坐标系(Tool Coordinate System)、工件坐标系(Work ObjectCoordinate System)等。
机器人工具座标系是由工具中心点TCP与座标方位组成。机器人联动运行时，TCP是必需的。Reorient重定位运动(姿态运动)机器人TCP位置不变，机器人工具沿座标轴转动，改变姿态。Linear线性运动机器人工具姿态不变，机器人TCP沿座标轴线性移动。机器人程序支持多个TCP，可以根据当前工作状态进行变换。机器人工具被更换，重新定义TCP后，可以不更改程序，直接运行。
WGS-84坐标系是世界大地坐标系统，其坐标原点在地心，采用WGS-84椭球。1984世界大地坐标系；WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。WGS-84坐标系的定义是：原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH(1984.0)定义的地极(CTP)方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数：长半轴a＝6378137m；扁率f＝1:298.257223563。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种机器人轻微碰撞补偿校正系统，能对机器人轻微碰撞导致机器人运动点位的偏移量能自动快速有效的矫正，提高机器人的工作效率，并确保机器人的操作精确度。
为解决上述技术问题，本发明提供的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其包括标准激光检测单元及定位针；
所述标准激光检测单元安装固定在目标产品操作面上；
所述标准激光检测单元包括K光束检测对及M光束检测对；
K光束检测对包括K光束发射端及K光束接收端,K光束发射端发射出的K光束射向K光束接收端；
M光束检测对包括M光束发射端及M光束接收端，M光束发射端发射出的M光束射向M光束接收端；
K光束发射端、K光束接收端、M光束发射端、M光束接收端分别位于菱形的四个端点；
K光束与M光束垂直相交；
机器人夹爪通过转盘安装到机器人手臂；
所述定位针尾端安装固定在所述转盘的夹爪侧；
所述定位针头端固定设置有探测球；
所述探测球当接触到M光束或K光束,则输出检测面信号到机器人的处理器；
机器人的处理器中标定有标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(X0，Y0，Z0)；
机器人的处理器控制夹爪的运动轨迹；
机器人的处理器控制夹爪运动，获得标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系坐标值(x1，y1，z1)；
对机器人运动点位的偏移量进行矫正，x1-X0为机器人的夹爪大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪大地坐标系Z方向的偏移值。
较佳的，机器人的处理器控制夹爪运动，获得标准激光检测单元中心点当前大地坐标系坐标值(x1，y1，z1)的过程如下：
一.机器人的处理器控制夹爪运动使定位针位于所述标准激光检测单元的一侧，并使定位针下端低于所述标准激光检测单元的K光束及M光束所在平面；
二.所述标准激光检测单元的M光束发射端向M光束接收端发射M光束，K光束发射端向K光束接收端发射K光束；
机器人的处理器控制定位针沿方向L移动，方向L平行于K光束及M光束所在平面，并且同K光束及M光束均不垂直；
如果M光束接收端未接收到M光束发射端发射的M光束，则标准激光检测单元发送M光遮断信号到机器人的处理器；
如果K光束接收端未接收到K光束发射端发射的K光束，则标准激光检测单元发送K光遮断信号到机器人的处理器；
三.如果机器人的处理器接收到M光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系Y轴值y1，然后控制定位针继续沿方向A移动；否则进行步骤五；
四.如果机器人的处理器接收到K光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系X轴值x1；进入步骤七；
五.如果机器人的处理器接收到K光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系X轴值x1；然后控制定位针继续沿方向A移动；
六.如果机器人的处理器接收到M光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系Y轴值y1；进入步骤七；
七.机器人的处理器控制夹爪运动使定位针头端的探测球位于大地坐标系(x1，y1)；
八.机器人的处理器控制夹爪运动使定位针沿大地坐标系Z轴方向移动，直到接收到探测球发送来的检测面信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系Z轴值z1。
较佳的，所述机器人轻微碰撞，即机器人运动点位的偏移量发生在夹爪上，偏移的大小不超过2mm。
较佳的，有三个标准激光检测单元安装固定在目标产品操作面上；
三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系Z轴坐标一致；
机器人的处理器中标定有第一个标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(a+X0，Y0，Z0)、第二个标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(X0,b+Y0,Z0)、第三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(X0，Y0，Z0)；
首先，机器人检测到三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标，第一个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标(x1，y1，z1)、第二个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标(x2，y2，z2)，第三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标(x3，y3，z3)；
然后，如果满足以下各条件：x1＝x2+a＝x3+a；y1＝y2-b＝y3；z1＝z2＝z3，则机器人运动点位无X轴旋转、Y轴旋转及Z轴旋转方向的偏移，机器人的处理器才对机器人运动点位的偏移量进行矫正，x1-X0为机器人的夹爪大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪大地坐标系Z方向的偏移值。
较佳的，所述定位针尾端使用卡扣安装固定到所述转盘的夹爪侧。
较佳的，所述定位针与所述转盘同轴。
较佳的，所述定位针为钢材质。
较佳的，所述夹爪为钢制气缸夹爪。
较佳的，所述标准激光检测单元使用captron公司的标准激光检测单元。
本发明的机器人轻微碰撞补偿校正系统，(X0，Y0，Z0)是机器人的处理器中标定的标准激光检测单元1中心点的大地坐标系基准坐标，如果机器人没有碰撞则该点位没有偏移，x1＝X0,y1＝Y0，Z0＝z1；如果机器人被撞发生偏移，则x1-X0为机器人的夹爪大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪大地坐标系Z方向的偏移值。该机器人轻微碰撞补偿校正系统，能对机器人轻微碰撞导致机器人运动点位的偏移量能自动快速有效的矫正，提高机器人的工作效率，并确保机器人的操作精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，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为标准激光检测单元工作原理示意图；
图2是本发明的机器人轻微碰撞补偿校正系统一实施例定位针安装示意图；
图3是本发明的机器人轻微碰撞补偿校正系统一实施例三个标准激光检测单元安装固定在目标产品操作面上是坐标示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
机器人轻微碰撞补偿校正系统，其包括标准激光检测单元1及定位针2；
所述标准激光检测单元1安装固定在目标产品操作面上；
如图1所示，所述标准激光检测单元1包括K光束检测对及M光束检测对；
K光束检测对包括K光束发射端及K光束接收端,K光束发射端发射出的K光束射向K光束接收端；
M光束检测对包括M光束发射端及M光束接收端，M光束发射端发射出的M光束射向M光束接收端；
K光束发射端、K光束接收端、M光束发射端、M光束接收端分别位于菱形的四个端点；
K光束与M光束垂直相交；
如图2所示，机器人夹爪31通过转盘32安装到机器人手臂；
所述定位针2尾端安装固定在所述转盘的夹爪侧；
所述定位针2头端固定设置有探测球21；
所述探测球21当接触到M光束或K光束,则输出检测面信号到机器人的处理器；
机器人的处理器中标定有标准激光检测单元1中心点的大地坐标系基准坐标(X0，Y0，Z0)；
机器人的处理器控制夹爪31的运动轨迹；
机器人的处理器控制夹爪31运动，获得标准激光检测单元1中心点的当前大地坐标系坐标值(x1，y1，z1)；
对机器人运动点位的偏移量进行矫正，x1-X0为机器人的夹爪31大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪31大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪31大地坐标系Z方向的偏移值。
较佳的，机器人的处理器控制夹爪31运动，获得标准激光检测单元1中心点当前大地坐标系坐标值(x1，y1，z1)的过程如下：
一.机器人的处理器控制夹爪31运动使定位针位于所述标准激光检测单元1的一侧，并使定位针下端低于所述标准激光检测单元1的K光束及M光束所在平面；
二.所述标准激光检测单元1的M光束发射端向M光束接收端发射M光束，K光束发射端向K光束接收端发射K光束；
机器人的处理器控制定位针沿方向L移动，方向L平行于K光束及M光束所在平面，并且同K光束及M光束均不垂直；
如果M光束接收端未接收到M光束发射端发射的M光束，则标准激光检测单元1发送M光遮断信号到机器人的处理器；
如果K光束接收端未接收到K光束发射端发射的K光束，则标准激光检测单元1发送K光遮断信号到机器人的处理器；
三.如果机器人的处理器接收到M光遮断信号，则记录标准激光检测单元1中心点的当前大地坐标系Y轴值y1，然后控制定位针继续沿方向A移动；否则进行步骤五；
四.如果机器人的处理器接收到K光遮断信号，则记录标准激光检测单元1中心点的当前大地坐标系X轴值x1；进入步骤七；
五.如果机器人的处理器接收到K光遮断信号，则记录标准激光检测单元1中心点的当前大地坐标系X轴值x1；然后控制定位针继续沿方向A移动；
六.如果机器人的处理器接收到M光遮断信号，则记录标准激光检测单元1中心点的当前大地坐标系Y轴值y1；进入步骤七；
七.机器人的处理器控制夹爪31运动使定位针头端的探测球21位于大地坐标系(x1，y1)；
八.机器人的处理器控制夹爪31运动使定位针沿大地坐标系Z轴方向移动，直到接收到探测球发送来的检测面信号，则记录标准激光检测单元1中心点的当前大地坐标系Z轴值z1。
较佳的，所述机器人轻微碰撞，即机器人运动点位的偏移量发生在夹爪上，偏移的大小不超过2mm。
实施例一的机器人轻微碰撞补偿校正系统，(X0，Y0，Z0)是机器人的处理器中标定的标准激光检测单元1中心点的大地坐标系基准坐标，如果机器人没有碰撞则该点位没有偏移，x1＝X0,y1＝Y0，Z0＝z1；如果机器人被撞发生偏移，则x1-X0为机器人的夹爪31大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪31大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪31大地坐标系Z方向的偏移值。该机器人轻微碰撞补偿校正系统，能对机器人轻微碰撞导致机器人运动点位的偏移量能自动快速有效的矫正，提高机器人的工作效率，并确保机器人的操作精确度。
实施例二
基于实施例一的机器人轻微碰撞补偿校正系统，如图3所示，有三个标准激光检测单元1安装固定在目标产品操作面上；
三个标准激光检测单元1中心点的大地坐标系Z轴坐标一致；
机器人的处理器中标定有第一个标准激光检测单元1中心点A的大地坐标系基准坐标(a+X0，Y0，Z0)、第二个标准激光检测单元1中心点B的大地坐标系基准坐标(X0,b+Y0,Z0)、第三个标准激光检测单元1中心点C的大地坐标系基准坐标(X0，Y0，Z0)；
首先，机器人检测到三个标准激光检测单元1中心点的大地坐标系当前坐标，第一个标准激光检测单元1中心点的大地坐标系当前坐标(x1，y1，z1)、第二个标准激光检测单元1中心点的大地坐标系当前坐标(x2，y2，z2)，第三个标准激光检测单元1中心点的大地坐标系当前坐标(x3，y3，z3)；
然后，如果满足以下各条件：x1＝x2+a＝x3+a；y1＝y2-b＝y3；z1＝z2＝z3，则机器人运动点位无X轴旋转、Y轴旋转及Z轴旋转方向的偏移，机器人的处理器才对机器人运动点位的偏移量进行矫正，x1-X0为机器人的夹爪31大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪31大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪31大地坐标系Z方向的偏移值。
在自动化产线中，较复杂加工的机器人编程通常使用到工具坐标系。如果使用了工具坐标系，需要确定TCP点(即工具坐标系的中心点，可以有多个)，从而建立起加工的基准原点。如果机器人编程使用的是工具坐标系，则第一个标准激光检测单元1中心点、第二个标准激光检测单元1中心点、第三个标准激光检测单元1中心点这三个点必须编入工具坐标系的TCP，当大地坐标系Z轴同工具坐标系Z轴吻合时，即这三个点成直角。
实施例三
基于实施例一的机器人轻微碰撞补偿校正系统，所述定位针2尾端使用卡扣安装固定到所述转盘的夹爪侧。
较佳的，定位针2与所述转盘同轴。
较佳的，定位针2为钢材质。
较佳的，所述夹爪为钢制气缸夹爪，该类气缸夹爪不易机械形变。
较佳的，所述标准激光检测单元使用captron公司的标准激光检测单元。
实施例三的机器人轻微碰撞补偿校正系统，定位针的安装使用卡扣式，避免螺牙安装结构，因为螺牙安装结构本身就是倾斜的。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，其包括标准激光检测单元及定位针；
所述标准激光检测单元安装固定在目标产品操作面上；
所述标准激光检测单元包括K光束检测对及M光束检测对；
K光束检测对包括K光束发射端及K光束接收端,K光束发射端发射出的K光束射向K光束接收端；
M光束检测对包括M光束发射端及M光束接收端，M光束发射端发射出的M光束射向M光束接收端；
K光束发射端、K光束接收端、M光束发射端、M光束接收端分别位于菱形的四个端点；
K光束与M光束垂直相交；
机器人夹爪通过转盘安装到机器人手臂；
所述定位针尾端安装固定在所述转盘的夹爪侧；
所述定位针头端固定设置有探测球；
所述探测球当接触到M光束或K光束,则输出检测面信号到机器人的处理器；
机器人的处理器中标定有标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(X0，Y0，Z0)；
机器人的处理器控制夹爪的运动轨迹；
机器人的处理器控制夹爪运动，获得标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系坐标值(x1，y1，z1)；
对机器人运动点位的偏移量进行矫正，x1-X0为机器人的夹爪大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪大地坐标系Z方向的偏移值。
2.根据权利要求1所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
机器人的处理器控制夹爪运动，获得标准激光检测单元中心点当前大地坐标系坐标值(x1，y1，z1)的过程如下：
一.机器人的处理器控制夹爪运动使定位针位于所述标准激光检测单元的一侧，并使定位针下端低于所述标准激光检测单元的K光束及M光束所在平面；
二.所述标准激光检测单元的M光束发射端向M光束接收端发射M光束，K光束发射端向K光束接收端发射K光束；
机器人的处理器控制定位针沿方向L移动，方向L平行于K光束及M光束所在平面，并且同K光束及M光束均不垂直；
如果M光束接收端未接收到M光束发射端发射的M光束，则标准激光检测单元发送M光遮断信号到机器人的处理器；
如果K光束接收端未接收到K光束发射端发射的K光束，则标准激光检测单元发送K光遮断信号到机器人的处理器；
三.如果机器人的处理器接收到M光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系Y轴值y1，然后控制定位针继续沿方向A移动；否则进行步骤五；
四.如果机器人的处理器接收到K光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系X轴值x1；进入步骤七；
五.如果机器人的处理器接收到K光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系X轴值x1；然后控制定位针继续沿方向A移动；
六.如果机器人的处理器接收到M光遮断信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系Y轴值y1；进入步骤七；
七.机器人的处理器控制夹爪运动使定位针头端的探测球位于大地坐标系(x1，y1)；
八.机器人的处理器控制夹爪运动使定位针沿大地坐标系Z轴方向移动，直到接收到探测球发送来的检测面信号，则记录标准激光检测单元中心点的当前大地坐标系Z轴值z1。
3.根据权利要求2所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
所述机器人轻微碰撞，即机器人运动点位的偏移量发生在夹爪上，偏移的大小不超过2mm。
4.根据权利要求2所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
有三个标准激光检测单元安装固定在目标产品操作面上；
三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系Z轴坐标一致；
机器人的处理器中标定有第一个标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(a+X0，Y0，Z0)、第二个标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(X0,b+Y0,Z0)、第三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系基准坐标(X0，Y0，Z0)；
首先，机器人检测到三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标，第一个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标(x1，y1，z1)、第二个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标(x2，y2，z2)，第三个标准激光检测单元中心点的大地坐标系当前坐标(x3，y3，z3)；
然后，如果满足以下各条件：x1＝x2+a＝x3+a；y1＝y2-b＝y3；z1＝z2＝z3，则机器人运动点位无X轴旋转、Y轴旋转及Z轴旋转方向的偏移，机器人的处理器才对机器人运动点位的偏移量进行矫正，x1-X0为机器人的夹爪大地坐标系X方向的偏移值，y1-Y0为机器人的夹爪大地坐标系Y方向的偏移值，z1-Z0为机器人的夹爪大地坐标系Z方向的偏移值。
5.根据权利要求1所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
所述定位针尾端使用卡扣安装固定到所述转盘的夹爪侧。
6.根据权利要求1所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
所述定位针与所述转盘同轴。
7.根据权利要求1所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
所述定位针为钢材质。
8.根据权利要求1所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
所述夹爪为钢制气缸夹爪。
9.根据权利要求1所述的机器人轻微碰撞补偿校正系统，其特征在于，
所述标准激光检测单元使用captron公司的标准激光检测单元。
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2020
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