CN113600650A - 一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，属于机器人领域，包括：步骤S1，安装探针、第一标定块；步骤S2，示教第一标定块的中心点位，得到针尖工具坐标系；步骤S3，夹紧第二标定块；步骤S4，依次移动至外圆盘上的多个预设示教点位，确定弯管用户坐标系的XYZ轴方向以及外圆盘的圆心坐标；步骤S5，获取第一距离，进而确定弯管用户坐标系；步骤S6，取下探针，弯管手爪夹紧第二标定块；步骤S7，根据主夹模具和辅夹模具的交界处与弯管手爪之间的第二距离进行偏移计算，得到弯管工具坐标系。本发明的有益效果在于：通过自动标定程序和高精度的标定块和探针实现坐标系标定的自动化，简化了标定流程，提高了标定精度。

Description

一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法。

背景技术

弯管是通过一定的管材加工成形工艺将其加工成特定弯曲半径、弯曲角度和形状的弯曲零件，在船舶制造、家具、桥梁、汽车行业等领域，弯管质量直接影响着产品的安全性、稳定性和可靠性。目前各行业对高精度、智能化弯管技术的需求越来越迫切，而在弯管工艺中，坐标系标定技术是影响弯管精度及质量的重要环节。

机器人弯管机一般由一六轴机器人、弯管手爪01和弯管机头04组成，弯管手爪安装于机器人末端。机器人弯管机的坐标系包含弯管工具坐标系和弯管用户坐标系。其中，弯管工具坐标系原点位于弯管手爪的夹块外侧的圆心处，y轴方向沿管轴向，z轴方向竖直向上，如图1a和图1b所示；弯管用户坐标系原点位于主夹模具和辅夹模具的交界处圆槽的圆心，x、y、z轴方向与工具坐标系相同，如图2a和图2b所示。

现有技术中，在进行机器人弯管机坐标系标定时，一般先在弯管手爪上安装标定针，通过人工示教的方式得到原点位于标定针针尖的针尖工具坐标系；在标定弯管用户坐标系时，将该针尖工具坐标系激活；由于手动示教标定针至圆槽中心点误差较大且不易操作，通常首先标定得到原点在主夹模具或辅夹模具顶点的坐标系，利用模具的棱边确定x、y、z轴方向及原点位置；获取该用户坐标系位置信息后，根据模具的尺寸信息，将该用户坐标系进行偏移计算，可得到弯管用户坐标系。在标定弯管工具坐标系时，使用弯管机的主夹模具夹紧管件，并示教机器人到合适位置使得弯管手爪夹紧管件时，管件没有变形；测量用户坐标系原点至弯管手爪的夹块外侧的距离，将用户坐标系进行偏移该距离的计算后，即可得到弯管工具坐标系。

目前，常规的机器人弯管机坐标系标定均靠人工示教点位，标定流程相对复杂，对操作人工的熟练度要求较高且耗费大量时间，得到的弯管坐标系误差较大从而会影响整个弯管程序的精度，因此针对以上问题，迫切需要设计出一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，无需人工示教点位，仅需加工对应的标定块并执行相应的自动标定程序即可实现探针的针尖工具坐标系，弯管用户坐标系和弯管工具坐标系的自动标定，简化了常规标定方法的复杂流程，提高了坐标系标定精度。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，包括：

步骤S1，将探针安装于机器人弯管机的弯管手爪上，提供一第一标定块，第一标定块固定在第一预设位置；

步骤S2，示教所述探针的针尖移动至所述第一标定块的上表面中心点位，根据一预设的探针工具坐标系自动标定程序得到探针的针尖工具坐标系并激活；

步骤S3，提供一第二标定块，通过所述机器人弯管机的主夹模具和辅夹模具夹紧所述第二标定块；

步骤S4，示教所述探针移动至所述第二标定块的外圆盘的上表面，根据一预设的弯管用户坐标系自动标定程序控制所述探针依次移动至所述外圆盘上的多个预设示教点位，确定所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向以及所述外圆盘的圆心坐标；

步骤S5，获取所述主夹模具和所述辅夹模具的交界处与所述外圆盘之间的第一距离，根据所述外圆盘的圆心坐标和所述第一距离，以及所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向确定所述弯管用户坐标系；

步骤S6，取下所述探针，并通过所述机器人弯管机的弯管手爪夹紧所述第二标定块；

步骤S7，获取所述主夹模具和所述辅夹模具的交界处与所述弯管手爪之间的第二距离，根据一预设的弯管工具坐标系自动标定程序和所述第二距离对标定得到的所述弯管用户坐标系进行偏移计算，得到弯管工具坐标系。

优选地，所述第二标定块包括：

一内圆盘和所述外圆盘，所述内圆盘和所述外圆盘通过一轴杆连接；

所述内圆盘的内端面紧贴于所述辅夹模具的端面。

优选地，所述步骤S4中，具体包括：

步骤S41，示教所述探针移动至所述第二标定块的外圆盘的上表面，得到一示教点位；

步骤S42，根据所述示教点位得到位于所述外圆盘的上表面的多个第一预设示教点位和位于所述外圆盘的圆弧处的多个第二预设示教点位；

步骤S43，依次移动所述探针至所述多个第一预设示教点位，根据所述多个第一预设示教点位的坐标确定所述外圆盘的圆盘平面方程，根据所述外圆盘的圆盘平面方程确认所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向；

步骤S44，依次移动所述探针至所述多个第二预设示教点位，根据所述多个第二预设示教点位的坐标进行计算，得到所述外圆盘的圆心坐标。

优选地，步骤S43中，具体包括：

根据所述外圆盘的圆盘平面方程得到所述弯管用户坐标系的Y轴方向；

根据所述弯管用户坐标系的YZ轴方向和右手定则确定所述弯管用户坐标系的X轴方向，所述弯管用户坐标系的Z轴方向默认为竖直向上。

优选地，所述步骤S5中，具体包括：

步骤S51，获取所述主夹模具和所述辅夹模具的交界处与所述外圆盘之间的第一距离；

步骤S52，所述预设的弯管用户坐标系自动标定程序根据所述外圆盘的圆心坐标进行计算，得到所述弯管用户坐标系的原点的y值；

步骤S53，根据所述外圆盘的圆心坐标的x值和z值和计算得到的所述弯管用户坐标系的原点的y值得到所述弯管用户坐标系的原点坐标；

步骤S54，根据所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向和所述弯管用户坐标系的原点坐标确定所述弯管用户坐标系。

优选地，所述步骤S6中，通过所述弯管手爪夹紧所述第二标定块的所述轴杆。

优选地，还包括：

提供一操作引导界面，于所述操作引导界面上示教所述探针或所述第一标定块或所述第二标定块上的一示教点位，根据一标定操作流程引导用户完成自动标定操作，生成相应的坐标系，所述标定操作流程包括所述预设的探针工具坐标系自动标定程序、所述预设的弯管用户坐标系自动标定程序和所述预设的弯管工具坐标系自动标定程序。

优选地，所述步骤S1中，所述第一预设位置位于所述机器人弯管机的可达范围内。

本发明的有益效果在于：

利用高精度的标定块和探针，通过自动标定程序实现坐标系标定的自动化，简化了标定流程，无需人工进行所有标定点位的示教，极大减少了坐标系示教的工作量，减小了人工示教点位带来的坐标系误差，提高了坐标系标定精度。

附图说明

图1a和图1b为现有技术中，弯管工具坐标系的坐标方向示意图；

图2a和图2b为现有技术中，弯管用户坐标系的坐标方向示意图；

图3为本发明中，一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法的流程示意图；

图4为本发明的步骤S1中，探针的安装结构示意图；

图5为本发明的步骤S3中，第二标定块的安装结构示意图；

图6为本发明中，第一标定块具体实施例的结构示意图；

图7为本发明中，第二标定块具体实施例的结构示意图；

图8为本发明中，探针具体实施例的结构示意图；

图9为本发明中，步骤S4具体实施例的流程示意图；

图10为本发明中，步骤S5具体实施例的流程示意图；

图11a-11c为本发明中，弯管用户坐标系标定过程具体实施例的标定示意图；

图12a-12b为本发明中，弯管工具坐标系标定过程具体实施例的标定示意图。

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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，使用高精度的标定块和探针，通过自动标定程序实现坐标系标定的自动化，无需人工示教标定点位，降低示教工作量和示教误差，提高标定精度，参见图1-12，标定方法包括如下步骤：

步骤S1，将探针1安装于机器人弯管机的弯管手爪01上，提供一第一标定块2，第一标定块2固定在第一预设位置，参见图6为第一标定块2的结构示意图，参见图8为探针1的结构示意图；

作为优选的实施方式，步骤S1中，第一预设位置位于机器人弯管机的可达范围内。

步骤S2，示教探针1的针尖移动至第一标定块2的上表面中心点位，根据一预设的探针工具坐标系自动标定程序得到探针1的针尖工具坐标系并激活；

步骤S3，提供一第二标定块3，通过机器人弯管机的主夹模具02和辅夹模具03夹紧第二标定块3；

其中，作为优选的实施方式，参见图7，第二标定块3包括：

一内圆盘32和外圆盘31，内圆盘32和外圆盘31通过一轴杆33连接；

内圆盘32的内端面紧贴于辅夹模具03的端面。

步骤S4，示教探针1移动至第二标定块3的外圆盘31的上表面，根据一预设的弯管用户坐标系自动标定程序控制探针1依次移动至外圆盘31上的多个预设示教点位，确定弯管用户坐标系的XYZ轴方向以及外圆盘31的圆心坐标；

步骤S5，获取主夹模具02和辅夹模具03的交界处与外圆盘31之间的第一距离，根据外圆盘31的圆心坐标和第一距离，以及弯管用户坐标系的XYZ轴方向确定弯管用户坐标系；

步骤S6，取下高精度的探针1，并通过机器人弯管机的弯管手爪01夹紧第二标定块3；

在步骤S6中，将高精度的探针1拆除，移动机器人至合适位置，使得弯管手爪01夹紧第二标定块3的外圆盘和内圆盘之间的轴杆时，第二标定块3没有变形。

作为优选的实施方式，步骤S6中，通过弯管手爪01夹紧第二标定块3的轴杆33。

步骤S7，如图12a-12b所示，获取主夹模具02和辅夹模具03的交界处与弯管手爪01之间的第二距离，根据一预设的弯管工具坐标系自动标定程序和第二距离对标定得到的弯管用户坐标系进行偏移计算，得到弯管工具坐标系，其圆心坐标为(x’，y’，z’)。

具体的，在本实施例中，标定方法可分为三个步骤：第一步，标定探针工具坐标系；第二步，标定弯管用户坐标系；第三步，标定弯管工具坐标系；

如图3所示，坐标系标定流程如下：

如图4所示，将高精度的探针1固定在弯管手爪01上，弯管手爪01位于机器人末端，第一标定块2固定在机器人的可达范围内；根据操作引导界面的标定操作流程提示，示教探针1碰触第一标定块2的上表面的中心点点位附近，执行预设的探针工具坐标系自动标定程序，得到探针工具坐标系并激活；

通过主夹模具02、辅夹模具03夹紧固定第二标定块3，其中，第二标定块3的内圆盘的内端面紧贴于辅夹模具03，如图5所示；根据操作引导界面的标定操作流程指引，示教探针1碰触第二标定块3的外圆盘的外端面的中心点，执行预设的弯管用户坐标系自动标定程序，程序根据示教的外圆盘的外端面的中心点移动弯管手爪01，使探针1碰触外圆盘31上的多个预设示教点位，并计算得到弯管用户坐标系；

将探针1取下，使用弯管手爪01夹紧第二标定块3，输入主夹模具02和辅夹模具03的交界处与弯管手爪01之间的第二距离L’，执行预设的弯管工具坐标系自动标定程序，即可对弯管用户坐标系进行偏移计算，得到弯管工具坐标系。

作为优选的实施方式，如图9所示，步骤S4中，具体包括：

步骤S41，示教探针1移动至第二标定块3的外圆盘31的上表面，得到一示教点位；

步骤S42，根据示教点位得到位于外圆盘31的上表面的多个第一预设示教点位和位于外圆盘31的圆弧处的多个第二预设示教点位；

步骤S43，如图11a所示，依次移动探针1至多个第一预设示教点位(P1、P2、P3)，根据多个第一预设示教点位(P1、P2、P3)的坐标确定外圆盘31的圆盘平面方程，根据外圆盘31的圆盘平面方程确认弯管用户坐标系的XYZ轴方向；

步骤S44，如图11b所示，依次移动探针1至多个第二预设示教点位(Q1、Q2、Q3)，根据多个第二预设示教点位(Q1、Q2、Q3)的坐标进行计算，得到外圆盘31的圆心坐标。

具体的，在本实施例中，根据操作引导界面的标定操作流程提示，示教一示教点位，示教点位可以是外圆盘31的表面中心点附近，控制探针1碰触第二标定块3上的示教点位，执行预设弯管用户坐标系自动标定程序，程序根据示教点位生成第二标定块3的外圆盘31上表面的三个第一预设示教点位(P1、P2、P3)和外圆盘31的圆弧处的三个第二预设示教点位(Q1、Q2、Q3)；

根据操作引导界面的标定操作流程提示，移动机器人，使探针1碰触点P1、P2、P3后，根据这三个点的坐标确定圆盘平面方程，进而可以确定弯管用户坐标系的Y轴方向；默认竖直向上为弯管用户坐标系的Z轴方向，根据右手定则可得出弯管用户坐标系的X轴方向；

移动机器人，使探针1碰触圆弧处的点Q1、Q2、Q3后，程序根据这三个点的坐标可计算得到外圆盘的圆心坐标，外圆盘的圆心坐标中的x值和z值与弯管用户坐标系的原点x0值和z0值一致；

根据操作引导界面的标定操作流程提示，输入外圆盘31至主夹模具和辅夹模具的交界面的第一距离L，程序可根据上述外圆盘的圆心坐标计算出弯管用户坐标系原点的y0值，进而确定弯管用户坐标系，其圆心坐标为(x0，y0，z0)。

作为优选的实施方式，步骤S43中，具体包括：

根据外圆盘31的圆盘平面方程得到弯管用户坐标系的Y轴方向，外圆盘31的盘面法向量即为弯管用户坐标系的Y轴方向；

根据弯管用户坐标系的YZ轴方向和右手定则确定弯管用户坐标系的X轴方向，弯管用户坐标系的Z轴方向默认为竖直向上。

作为优选的实施方式，如图10所示，步骤S5中，具体包括：

步骤S51，如图11c所示，获取主夹模具02和辅夹模具03的交界处与外圆盘31之间的第一距离L；

步骤S52，预设的弯管用户坐标系自动标定程序根据外圆盘31的圆心坐标进行计算，得到弯管用户坐标系的原点的y值；

步骤S53，根据外圆盘31的圆心坐标的x值和z值和计算得到的弯管用户坐标系的原点的y值得到弯管用户坐标系的原点坐标；

步骤S54，根据弯管用户坐标系的XYZ轴方向和弯管用户坐标系的原点坐标确定弯管用户坐标系。

作为优选的实施方式，还包括：

提供一操作引导界面，于操作引导界面上示教探针1或第一标定块2或第二标定块3上的一示教点位，根据一标定操作流程引导用户完成自动标定操作，生成相应的坐标系，标定操作流程包括预设的探针工具坐标系自动标定程序、预设的弯管用户坐标系自动标定程序和预设的弯管工具坐标系自动标定程序。

为实现上述目的，本发明还可提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

本实施例中，所述存储器至少包括一种类型的计算机可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器可以是机器人弯管机系统的内部存储单元。在另一些实施例中，存储器也可以是机器人弯管机系统的外部存储设备，例如该机器人弯管机系统上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，所述存储器还可以既包括机器人弯管机系统的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器通常用于存储安装于机器人弯管机系统的各类程序代码，例如预设的探针工具坐标系自动标定程序、预设的弯管用户坐标系自动标定程序和预设的弯管工具坐标系自动标定程序。

所述处理器在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制机器人弯管机系统的总体操作，例如执行与机器人弯管机系统进行数据交互或者通信相关的控制和处理等。本实施例中，所述处理器用于运行所述存储器中存储的程序代码或者处理数据。

所述网络接口可包括无线网络接口或有线网络接口，该网络接口通常用于在与机器人弯管机系统建立通信连接。所述网络可以是企业内部网(Intranet)、互联网(Internet)、全球移动通讯系统(GlobalSystem of Mobile communication，GSM)、宽带码分多址(Wideband Code DivisionMultiple Access，WCDMA)、4G网络、5G网络、蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi等无线或有线网络。

需要指出的是，图4-5仅示出了具有部件01-03的机器人弯管机，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的部件，可以替代的实施更多或者更少的部件。

为实现上述目的，本发明还可提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤对应的功能。

本发明的有益效果在于：利用高精度的标定块和探针，通过自动标定程序实现坐标系标定的自动化，简化了标定流程，无需人工进行所有标定点位的示教，极大减少了坐标系示教的工作量，减小了人工示教点位带来的坐标系误差，提高了坐标系标定精度。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，包括：

步骤S1，将探针安装于机器人弯管机的弯管手爪上，提供一第一标定块，第一标定块固定在第一预设位置；

步骤S2，示教所述探针的针尖移动至所述第一标定块的上表面中心点位，根据一预设的探针工具坐标系自动标定程序得到探针的针尖工具坐标系并激活；

步骤S3，提供一第二标定块，通过所述机器人弯管机的主夹模具和辅夹模具夹紧所述第二标定块；

步骤S4，示教所述探针移动至所述第二标定块的外圆盘的上表面，根据一预设的弯管用户坐标系自动标定程序控制所述探针依次移动至所述外圆盘上的多个预设示教点位，确定所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向以及所述外圆盘的圆心坐标；

步骤S5，获取所述主夹模具和所述辅夹模具的交界处与所述外圆盘之间的第一距离，根据所述外圆盘的圆心坐标和所述第一距离，以及所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向确定所述弯管用户坐标系；

步骤S6，取下所述探针，并通过所述机器人弯管机的弯管手爪夹紧所述第二标定块；

步骤S7，获取所述主夹模具和所述辅夹模具的交界处与所述弯管手爪之间的第二距离，根据一预设的弯管工具坐标系自动标定程序和所述第二距离对标定得到的所述弯管用户坐标系进行偏移计算，得到弯管工具坐标系。

2.根据权利要求1所述的一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，所述第二标定块包括：

一内圆盘和所述外圆盘，所述内圆盘和所述外圆盘通过一轴杆连接；

所述内圆盘的内端面紧贴于所述辅夹模具的端面。

3.根据权利要求1所述的一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，所述步骤S4中，具体包括：

步骤S41，示教所述探针移动至所述第二标定块的外圆盘的上表面，得到一示教点位；

步骤S42，根据所述示教点位得到位于所述外圆盘的上表面的多个第一预设示教点位和位于所述外圆盘的圆弧处的多个第二预设示教点位；

步骤S43，依次移动所述探针至所述多个第一预设示教点位，根据所述多个第一预设示教点位的坐标确定所述外圆盘的圆盘平面方程，根据所述外圆盘的圆盘平面方程确认所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向；

步骤S44，依次移动所述探针至所述多个第二预设示教点位，根据所述多个第二预设示教点位的坐标进行计算，得到所述外圆盘的圆心坐标。

4.根据权利要求3所述的一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，步骤S43中，具体包括：

根据所述外圆盘的圆盘平面方程得到所述弯管用户坐标系的Y轴方向；

根据所述弯管用户坐标系的YZ轴方向和右手定则确定所述弯管用户坐标系的X轴方向，所述弯管用户坐标系的Z轴方向默认为竖直向上。

5.根据权利要求1所述的一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，所述步骤S5中，具体包括：

步骤S51，获取所述主夹模具和所述辅夹模具的交界处与所述外圆盘之间的第一距离；

步骤S52，所述预设的弯管用户坐标系自动标定程序根据所述外圆盘的圆心坐标进行计算，得到所述弯管用户坐标系的原点的y值；

步骤S53，根据所述外圆盘的圆心坐标的x值和z值和计算得到的所述弯管用户坐标系的原点的y值得到所述弯管用户坐标系的原点坐标；

步骤S54，根据所述弯管用户坐标系的XYZ轴方向和所述弯管用户坐标系的原点坐标确定所述弯管用户坐标系。

6.根据权利要求2所述的一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过所述弯管手爪夹紧所述第二标定块的所述轴杆。

7.根据权利要求1所述的一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，还包括：

提供一操作引导界面，于所述操作引导界面上示教所述探针或所述第一标定块或所述第二标定块上的一示教点位，根据一标定操作流程引导用户完成自动标定操作，生成相应的坐标系，所述标定操作流程包括所述预设的探针工具坐标系自动标定程序、所述预设的弯管用户坐标系自动标定程序和所述预设的弯管工具坐标系自动标定程序。

8.根据权利要求1所述的一种机器人弯管机的坐标系自动标定方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一预设位置位于所述机器人弯管机的可达范围内。

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