CN112959364A

CN112959364A - 一种工业机器人装配误差补偿系统及方法

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Publication number: CN112959364A
Application number: CN202110274107.5A
Authority: CN
Inventors: 马国财; 曹志宏; 杨超然; 李霏; 蔡志娟
Original assignee: Beijing Institute of Electronic System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Electronic System Engineering
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2041-03-15
Also published as: CN112959364B

Abstract

本发明的一个实施例公开了一种工业机器人装配误差补偿系统及方法，所述系统包括：工业机器人、工业相机、夹持装置、激光位移传感器和基础装配平台，其中，所述工业机器人为工业用串联或并联机器人，用于将待装配零件移动到待装配位置；所述夹持装置安装于工业机器人末端，用于夹持待装配零件；所述工业相机为二维成像相机，安装于工业机器人末端，用于拍摄待装配位置，并获得二维图像；所述激光位移传感器安装于机器人末端，用于测量激光位移传感器原点与待测量位置之间的距离；所述基础装配平台，用于固定待装配零件。

Description

一种工业机器人装配误差补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及机器视觉定位领域。更具体地，涉及一种工业机器人装配误差补偿系统及方法。

背景技术

工业机器人出现于20世纪50年代，自工业机器人发明以来，相关的技术取得了巨大发展，工业机器人已经广泛应用于航空、航天、汽车、电子产品、制药、教育等多个领域，是工业生产中的重要支撑设备。工业机器人越来越多的参与到装配生产应用中。工业机器人代替人完成复杂的劳动在很多领域改变了传统手工作业的方式，实现了大批量生产与柔性化、个性化制造的结合。但是在装配生产环节，由于装配的产品存在不可避免的加工误差，装配过程中误差的累积会导致预定义的机器人运动路径无法满足装配需求，需要对机器人运动轨迹进行误差补偿。当前，视觉测量是机器人视觉控制的重要研究内容，视觉测量主要研究从二维图像信息到二维或三维笛卡尔空间信息的映射，二维图像信息到二维笛卡尔空间信息的映射已经是比较成熟的技术，一般来说，二维图像信息到三维笛卡尔空间信息的映射需要双目视觉，对于双目视觉测量，需要对两台相机进行信息融合，不仅成本较高，而且这种融合一般通过迭代实现，速度较慢。

发明内容

本发明提供一种工业机器人装配误差补偿系统及方法，解决工业机器人装配精度的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面公开了一种工业机器人装配误差补偿系统，包括：

工业机器人、工业相机、夹持装置、激光位移传感器和基础装配平台，其中，

所述工业机器人为工业用串联或并联机器人，用于将待装配零件移动到待装配位置；

所述夹持装置安装于工业机器人末端，用于夹持待装配零件；

所述工业相机为二维成像相机，安装于工业机器人末端，用于拍摄待装配位置，并获得二维图像；

所述激光位移传感器安装于机器人末端，用于测量激光位移传感器与待测量位置之间的距离；

所述基础装配平台，用于固定待装配零件。

在一个具体实施例中，所述工业相机附带有相机控制器，用于控制相机拍摄过程参数及获取拍摄结果。

在一个具体实施例中，所述激光位移传感器附带有控制器，用于获取测量结果及获取拍摄结果。

本发明第二方面提供一种利用本发明第一方面所述系统进行工业机器人装配误差补偿的方法，包括以下步骤：

S10：对工业机器人进行预处理，确定待装配零件标准装配位置及信息；

S30：工业机器人进行正式装配，确定待装配零件实际装配位置，并计算其与标准装配位置的误差；

S50：根据计算出来的误差对待装配零件进行装配误差补偿。

在一个具体实施例中，所述步骤S10包括：

S101：工业机器人将第一待装配零件放到基础装配平台上，夹持装置夹紧第一待装配零件，基础装置平台使其固定；

S102：建立工业机器人基坐标系，其中，基坐标系的坐标原点、x轴和y轴位于第一待装配零件装配对接平面上；

S103：工业机器人运动到第一位置，利用工业机器人末端的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第四位置的距离值；

S104：工业机器人运动到第二位置，要求第一位置与第二位置的连线与基坐标系的x轴平行，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第五位置的距离值；

S105：工业机器人运动到第三位置，要求第三位置与第二位置的连线与基坐标系的y轴平行，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第六位置的距离值；

S106：调整工业机器人到拍照位置，使得相机成像平面与第一待装配零件的装配对接平面平行，利用工业机器人末端的工业相机拍摄第一待装配零件的装配对接平面，获得标准装配位置图像；

S107：工业机器人响应操作抓取第二待装配零件，并将第二待装配零件安装到第一待装配零件上，记录工业机器人在基坐标系下的空间位置坐标，此坐标为第二待装配零件装配所对应的工业机器人的标准位置。

在一个具体实施例中，步骤S30包括：

S301：工业机器人将第一待装配零件放到基础装配平台上，夹持装置夹紧第一待装配零件，基础装置平台使其固定；

S302：工业机器人运动到第一位置处，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第七位置的距离值；

S303：工业机器人运动到第二位置处，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第八位置的距离值；

S304：机器人运动到第三位置处，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第九位置的距离值；

S305：工业机器人运动到拍照位置处，利用工业机器人末端的工业相机拍摄第一待装配零件的装配对接平面，获得实际装配位置图像；

S306：根据标准装配位置情况下三个激光位移传感器测量的距离值和实际装配位置情况下三个激光位移传感器测量的距离值计算实际装配对接平面与标准装配位置时相比的空间转动角度偏差；

S307：根据标准装配位置图像和实际装配位置图像计算第一待装配零件对接平面在基坐标系下的偏差，包括位移偏差和转角偏差；

S308：计算实际装配位置与标准装配位置总偏差。

在一个具体实施例中，所述步骤S50包括：

S501：根据实际装配位置与标准装配位置总偏差调整实际装配过程中工业机器人在基坐标系下的装配位置。

在一个具体实施例中，如果存在多个第一待装配零件和第二待装配零件装配时只需进行一次预处理。

本发明的有益效果如下：

本发明提出一种工业机器人装配误差补偿系统及方法，通过工业相机拍摄的图像以及激光传感器对特定点位进行测距计算得到实际装配位置与标准装配位置的误差，从而对实际装配位置进行补偿，具有计算简单、成本低、便于理解等优点，解决了工业机器人装配精度的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本申请实施例提供的一种工业机器人装配误差补偿系统示意图；

图2为本申请实施例提供的一种工业机器人装配误差补偿方法流程示意图。

图3为本申请实施例提供的一种工业机器人装配误差补偿方法基坐标系定义示意图。

图4为本申请实施例提供的一种工业机器人装配误差补偿方法激光位移传感器测量点示意图。

图5为本申请实施例提供的一种工业机器人装配误差补偿方法工业相机拍照示意图。

具体实施方式

为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本申请应用于机器人示教装配过程中，由于待装配位置处零件的加工和位置误差，机器人的示教装配点存在x轴、y轴、z轴方向的平移偏差以及绕x轴、y轴、z轴的角度偏差，需要本申请对示教装配点进行三维位置补偿。

本发明第一实施例公开了一种工业机器人装配误差补偿系统，如图1所示，包括：

工业机器人1、工业相机2、夹持装置4、激光位移传感器3和基础装配平台5，其中，

所述工业机器人1为工业用串联或并联机器人，用于将待装配零件移动到待装配位置；

所述夹持装置4安装于工业机器人末端，用于夹持待装配零件；

所述工业相机2为二维成像相机，安装于工业机器人末端，用于拍摄待装配位置，并获得二维图像；

所述激光位移传感器3安装于机器人末端，用于测量激光位移传感器与待测量位置之间的距离；

所述基础装配平台5，用于固定待装配零件。

在一个具体实施例中，所述工业相机附带有相机控制器，用于控制相机拍摄过程参数。

在一个具体实施例中，所述激光位移传感器附带有控制器，用于获取测量结果。

本发明第二实施例提供一种利用本发明第一实施例所述系统进行工业机器人装配误差补偿的方法，如图2所示，包括以下步骤：

S50：根据计算出来的误差对待装配零件进行装配误差补偿。

在一个具体实施例中，所述步骤S10包括：

S102：建立工业机器人基坐标系，如图3所示，其中，基坐标系的坐标原点 O、x轴和y轴位于第一待装配零件装配对接平面A上；

S103：工业机器人运动到第一位置Q₁处，如图4所示，利用工业机器人末端的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面A上第四位置t₄的距离值L₁₀；

S104：工业机器人运动到第二位置Q₂处，要求第一位置Q₁与第二位置Q₂的连线与基坐标系的x轴平行，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面A上第五位置t₅的距离值L₂₀；

S105：工业机器人运动到第三位置Q₃处，要求第三位置Q₃与第二位置Q₂的连线与基坐标系的y轴平行，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面A上第六位置t₆的距离值L₃₀；

S106：调整工业机器人到拍照位置P，如图5所示，使得相机成像平面与第一待装配零件的装配对接平面A平行，利用工业机器人末端的工业相机拍摄第一待装配零件的装配对接平面A，获得标准装配位置图像a；

进一步的，图4中的t₄、t₅和t₆为工业机器人在Q1、Q2和Q3位置时激光位移传感器发射的激光照射到对接平面A上对应的点。

在一个具体实施例中，步骤S30包括：

S302：工业机器人运动到第一位置Q₁处，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面A上第七位置t₇的距离值L₁₁；

S303：工业机器人运动到第二位置Q₂处，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面A上第八位置t₈的距离值L₂₁；

S304：工业机器人运动到第三位置Q₃处，利用工业机器人上的激光位移传感器测量激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面A上第九位置t₉的距离值L₃₁；

进一步地，第七位置应该在第四位置，但由于实际操作的误差，所以和第四位置不同，但相差不大，因此需要计算误差，同理，第八位置和第五位置、第九位置和第六位置也是如此。

S305：工业机器人运动到拍照位置P处，利用工业机器人末端的工业相机拍摄第一待装配零件的装配对接平面A，获得实际装配位置图像b；

进一步地，此拍照位置与S106中拍照位置相同；

S306：根据标准装配位置情况下三个激光位移传感器测量的距离值L₁₀、L₂₀、 L₃₀和实际装配位置情况下三个激光位移传感器测量的距离值L₁₁、L₂₁、L₃₁计算实际装配对接平面A与标准装配位置时相比在基坐标系下绕x轴和y轴的空间转动角度偏差ΔAx、ΔAy和Z轴方向上的位移偏差Δz，计算方法为：

S307：根据标准装配位置图像和实际装配位置图像计算第一待装配零件对接平面在基坐标系下的偏差，包括位移偏差Δx、Δy和转角偏差ΔAz；计算过程可在图像中找到两个特征点，通过两幅图像的特征点坐标对比计算得到，在这里不再赘述。

S308：计算实际装配位置与标准装配位置总偏差，

ΔW＝(Δx，ΔyΔz，ΔAx，ΔAy，ΔAz)

在一个具体实施例中，所述步骤S50包括：

S501：根据实际装配位置与标准装配位置总偏差调整实际装配过程中工业机器人在基坐标系下的装配位置，利用装配误差ΔW对基坐标系下的标准装配位置W0进行补偿，补偿公式如下：

W＝W₀+ΔW

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种工业机器人装配误差补偿系统，其特征在于，包括：

所述基础装配平台，用于固定待装配零件。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工业相机附带有相机控制器，用于控制相机拍摄过程参数及获取拍摄结果。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光位移传感器附带有控制器，用于获取测量结果。

4.一种利用权利要求1-3所述系统进行工业机器人装配误差补偿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S50：根据计算出来的误差对待装配零件进行装配误差补偿。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S10包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S30包括：

S302：工业机器人运动到第一位置处，激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第七位置的距离值；

S304：机器人运动到第三位置处，激光位移传感器与第一待装配零件装配对接平面上第九位置的距离值；

S308：计算实际装配位置与标准装配位置总偏差。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S50包括：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果存在多个第一待装配零件和第二待装配零件装配时只需进行一次预处理。