CN207946851U - 修正工件坐标系装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人加工技术领域，尤其涉及一种修正工件坐标系装置，包括机器人和位于所述机器人侧部的三维扫描仪，所述机器人的末端设有用于检测工件上特征点的末端工具件，所述末端工具件靠近所述工件设置，所述三维扫描仪包括摄像头，且所述摄像头正对所述工件和所述末端工具件设置并用于获取位所述工件的点云数据和所述末端工具件的点云数据。本实用新型的修正工件坐标系装置，先通过采用传统的手工示教的方式利用末端工具件取得工件上特征点的坐标值，根据坐标值确定工件坐标系，然后利用三维扫描仪获取末端工具件和工件的点云数据，从而的到末端工具件与工件之间的实际偏差，在根据实际偏差去修正工件坐标系。

Description

修正工件坐标系装置

技术领域

本实用新型属于机器人加工技术领域，尤其涉及一种修正工件坐标系装置。

背景技术

由于机器人具有自由度高，灵活性好等优点，因此机器人在机械加工方面的应用越来越广泛。机器人的运动轨迹是由离线编程软件规划，离线编程软件的大部分任务是基于工件坐标系下完成的，所以工件坐标的精确性对离线编程软件和对机器人路径规划有着非常重要的作用。工件坐标系是否准确直接影响着零件的加工质量、加工精度，甚至可能影响机器人加工的安全性。

目前机器人工件坐标系的标定常用的方法是采用手工示教的方法，通过使末端工具件上的点尽可能的接近工件的特征点，获取工件上的特征点坐标值，特征点坐标值通过软件计算获得在工件坐标系。由于此方法是采用手工示教的方式，通过肉眼观察机器人末端工具件上的点接近工件的特征点，产生误差大，并且工件本身的特征点获取由于受工件本身表面质量、形状等因素影响，也存在一定的误差，所以采用手工示教的方式标定工件坐标系的误差大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种修正工件坐标系装置，旨在解决现有技术中的工件坐标系在测量时存在较大误差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种修正工件坐标系装置，包括机器人和位于所述机器人侧部的三维扫描仪，所述机器人的末端设有用于检测工件上特征点的末端工具件，所述末端工具件靠近所述工件设置，所述三维扫描仪包括摄像头，且所述摄像头正对所述工件和所述末端工具件设置并用于获取位所述工件的点云数据和所述末端工具件的点云数据。

进一步地，所述末端工具件为半圆柱体。

进一步地，所述半圆体上与所述圆弧面相对的平面上设有方形凸起。

进一步地，所述三维扫描仪为双目三维扫描仪。

进一步地，所述三维扫描仪还包括支撑三角架，所述摄像头固定安装于所述支撑三角架的上部。

进一步地，所述支撑三角架包括安装块、连接组件和三个支撑杆，三个所述支撑杆的顶端均与所述安装块的底端连接，且三个所述支撑杆呈辐射状倾斜设置，所述摄像头通过所述连接组件固定安装于所述安装块的顶端。

进一步地，所述支撑杆为可伸缩杆。

进一步地，所述连接组件包括第一连接杆、第二连接杆和调整螺母，所述第二连接杆的底端与所述安装块连接，所述第二连接杆的顶端穿设于所述调整螺母的螺纹孔且所述第二连接杆的顶端设有与所述调整螺母相适配的外螺纹，所述第一连接杆的底端设有与所述外螺纹相配合的内螺纹以使得所述第一连接杆与所述第二连接杆螺纹连接，所述摄像头固定连接于所述第一连接杆的顶端。

进一步地，所述第二连接杆的底端设有固定于所述第二连接杆的铰接球，所述安装块的内部设有与所述铰接球相配合的铰接槽，所述铰接球与所述铰接槽铰接以使得所述第二连接杆与所述安装块相铰接。

进一步地，所述支撑三角架还包括紧固螺钉，所述安装块的侧面设有连通所述铰接槽且供所述紧固螺钉穿设的紧固孔，所述紧固螺钉穿设于所述紧固孔且所述紧固螺钉的末端抵接于所述铰接球上。

本实用新型的有益效果：本实用新型的修正工件坐标系装置，在具体使用时，先采用手工示教的方法，移动机器人上的末端工具件去靠近工件上的特征点并获取各特征点的坐标值，再根据特征点的坐标值能够却确定初步工件坐标系。然后，根据机器人中的离线编程软件规划末端工具件的运动轨迹，使末端工具件按照轨迹运动至各特征点处，同时利用三维扫描仪对工件和末端工具件进行扫描，获取工件和末端工具件的点云数据，再对点云数据在计算机的逆向软件中进行数据处理分析得到末端工具件与工件的几何模型，并分别测量出末端工具件和工件上各特征点之间的实际偏差，此时只需要在离线编程软件中根据实际偏差去平移或旋转初步工件坐标系，就能实现对工件坐标系进行修正，则可得到更精确工件坐标系。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的修正工件坐标系装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的修正工件坐标系装置的末端工具块的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的修正工件坐标系装置的三维扫描仪的爆炸图。

其中，图中各附图标记：

10—机器人 11—末端工具件 20—三维扫描仪

21—摄像头 22—支撑三角架 30—工件

111—半圆柱体 112—方形凸起 221—安装块

222—连接组件 223—支撑杆 224—连接板

225—固定螺钉 226—紧固螺钉 2211—铰接槽

2212—直槽 2213—紧固孔 2221—第一连接杆

2222—第二连接杆 2223—调整螺母 2224—铰接球

2241—容纳槽 2242—第一固定孔 2231—第二固定孔。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～3描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～3所示，一种修正工件坐标系装置，包括机器人10和位于所述机器人10侧部的三维扫描仪20，所述机器人10的末端设有用于检测工件30上特征点的末端工具件11，所述末端工具件11靠近所述工件30设置，所述三维扫描仪20包括摄像头，且所述摄像头正对所述工件30和所述末端工具件11设置并用于获取位所述工件30的点云数据和所述末端工具件11的点云数据。具体地，本实施新型实施例的修正工件30坐标系装置，在具体使用时，先采用手工示教的方法，移动机器人10上的末端工具件11去靠近工件30上的特征点并获取各特征点的坐标值，再根据特征点的坐标值能够却确定初步工件坐标系。然后，根据机器人10中的离线编程软件规划末端工具件11的运动轨迹，使末端工具件11按照轨迹运动至各特征点处，同时利用三维扫描仪20对工件30和末端工具件11进行扫描，获取工件10和末端工具件11的点云数据，再对点云数据在计算机的逆向软件中进行数据处理分析得到末端工具件11与工件30的几何模型，并分别测量出末端工具件11和工件30上各特征点之间的实际偏差，此时只需要在离线编程软件中根据实际偏差去平移或旋转初步工件坐标系，就能实现对工件坐标系进行修正，则可得到更精确工件坐标系。

本实施例中，参阅图2所示，所述末端工具件11为半圆柱体111。具体地，通过半圆柱的弧面去靠近工件30上的特征点。当特征点位于工件30表面的凹陷部位时，半圆柱的弧面能够尽可能的靠近特征点，使得手工示教方法得到的特征点的坐标系更为准确，也提高了末端工具件11的使用范围。同时半圆柱体111属于规则部件，对于半圆柱的点云数据处理较为容易且处理得到的几何图形的精度较高，进一步地提高工件30坐标系的精度。

本实施例中，参阅图2所示，所述半圆体上与所述圆弧面相对的平面上设有方形凸起112。具体地，通过方形凸起112的棱边能够尽可能地使得末端工具件11靠近位于形状复杂外形工件30上的特征点，使得手工示教方法得到的特征点的坐标系更为准确。同时方形凸起112属于规则部件，对于方形凸起112的点云数据处理较为容易且处理得到的几何图形的精度较高，进一步地提高工件坐标系的精度。

本实施例中，所述三维扫描仪20为双目三维扫描仪。具体地，双目三维扫描仪20结合了结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术，采用蓝光光栅扫描的方式，实现了点云数据的全自动拼接，因此双目三维扫描仪20具有高效率、高精度、高寿命、高解析度等优点，能够满足细节要求高的工件30的扫描要求，同时能够得到末端工具件11和工件30准确的点云数据。

本实施例中，参阅图1所示，所述三维扫描仪20还包括支撑三角架22，所述摄像头21固定安装于所述支撑三角架22的上部。具体地，支撑三角架22能够可靠地支撑着摄像头21，避免摄像头21的晃动，从而影响扫描的点云数据的准确度。

本实施例中，参阅图3所示，所述支撑三角架22包括安装块221、连接组件222和三个支撑杆223，三个所述支撑杆223的顶端均与所述安装块221的底端连接，且三个所述支撑杆223呈辐射状倾斜设置，所述摄像头21通过所述连接组件222安装于所述安装块221的顶端。具体地，三个支撑杆223呈三角对搭状固定于安装块221的底端，安装块221的顶端通过连接组件222与摄像头21相连，由于三角支撑较为稳固，能够稳定地支撑摄像头21，且支撑杆223的结构简单、成本低、占用空间小，扩展了三维扫描仪20的适用范围。

进一步地，参阅图3所示，所述支撑三角架22还包括连接板224，连接板224顶端固定安装于安装块221的底端，连接板224上开设有三个用于容纳支撑杆223的顶端的容纳槽2241且支撑杆223能够在容纳槽2241内可上下摆动，容纳槽2241的侧面开设有贯穿容纳槽2241的第一固定孔2242，支撑杆223的顶端在第一固定孔2242的对应位置开设有第二固定孔2231，用固定螺钉225分别依次穿设第一固定孔2242和第二固定孔2231将支撑杆223固定于连接板224上。可以通过固定螺钉225的紧固和松开的作用，实现呈三角对搭状的支撑杆223的收拢和打开，也可实现支撑杆223的拆卸，便于支撑三角架22的收纳。

本实施例中，所述支撑杆223为可伸缩杆。具体地，支撑杆223的高度是可调节的，通过调节支撑杆223的高度从而调节摄像头21的高度，从而使得扫描仪能够针对不同尺寸的工件30进行完整的扫描，避免出现工件漏扫的情况。

本实施例中，参阅图3所示，所述连接组件222包括第一连接杆2221、第二连接杆2222和调整螺母2223，所述第二连接杆2222的底端与所述安装块221连接，所述第二连接杆2222的顶端穿设于所述调整螺母2223的螺纹孔且所述第二连接杆2222的顶端设有与所述调整螺母2223相适配的外螺纹，所述第一连接杆2221的底端设有与所述外螺纹相配合的内螺纹以使得所述第一连接杆2221与所述第二连接杆2222螺纹连接，所述摄像头21固定连接于所述第一连接杆2221的顶端。具体地，第二连接杆2222的顶端先穿过调整螺母2223，然后第二连接杆2222的顶端再与第一连接杆2221的顶端螺纹连接，通过第一连接杆2221与第二连接杆2222的螺纹连接可以实现调节固定于第一连接杆2221顶端的摄像头21的高度，同时可以通过旋转调整螺母2223使得调整螺母2223的上表面与第一连接杆2221的下表面相互抵接，避免第一连接杆2221与第二连接杆2222螺纹连接而出现松动的情况，确保了固定摄像头21的稳定性。

本实施例中，参阅图3所示，所述第二连接杆2222的底端设有固定于所述第二连接杆2222的铰接球2224，所述安装块221的内部设有与所述铰接球2224相配合的铰接槽2211，所述铰接球2224与所述铰接槽2211铰接以使得所述第二连接杆2222与所述安装块221相铰接。具体地，第二连接杆2222的顶端与安装块221通过铰接球2224与铰接槽2211相铰接，实现了第二连接杆2222与安装块221的可转动连接，即在不移动支撑杆223的情况下，实现了摄像头21的可转动，使得三维扫描仪20的使用更为方便，操作更为简单。

进一步地，参阅图3所示，安装块221上还开设有连通铰接槽2211的直槽2212，且直槽2212能够容纳第二连接杆2222顶部，通过第二连接杆2222在铰接槽2211的转动和在直槽2212中的上下转动能够实现摄像头21高度的调节和转动，增大了摄像头21可调节的角度和调节高度，增加了三维扫描仪20的扫描范围，能够适用于更多种类的工件30。

本实施例中，参阅图3所示，所述支撑三角架22还包括紧固螺钉226，所述安装块221的侧面设有连通所述铰接槽2211且供所述紧固螺钉226穿设的紧固孔2213，所述紧固螺钉226穿设于所述紧固孔2213且所述紧固螺钉226的末端抵接于所述铰接球2224上。具体地，通过紧固螺钉226的末端抵接在铰接球2224上，能够固定住铰接球2224的，使得铰接球2224不能转动，从而固定摄像头21的扫描角度，确保了摄像头21在扫描时的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种修正工件坐标系装置，其特征在于：包括机器人和位于所述机器人侧部的三维扫描仪，所述机器人的末端设有用于检测工件上特征点的末端工具件，所述末端工具件靠近所述工件设置，所述三维扫描仪包括摄像头，且所述摄像头正对所述工件和所述末端工具件设置并用于获取位所述工件的点云数据和所述末端工具件的点云数据。

2.根据权利要求1所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述末端工具件为半圆柱体。

3.根据权利要求2所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述半圆体的圆弧面所相对的平面上设有方形凸起。

4.根据权利要求1所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述三维扫描仪为双目三维扫描仪。

5.根据权利要求1所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述三维扫描仪还包括支撑三角架，所述摄像头固定安装于所述支撑三角架的上部。

6.根据权利要求5所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述支撑三角架包括安装块、连接组件和三个支撑杆，三个所述支撑杆的顶端均与所述安装块的底端连接，且三个所述支撑杆呈辐射状倾斜设置，所述摄像头通过所述连接组件固定安装于所述安装块的顶端。

7.根据权利要求6所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述支撑杆为可伸缩杆。

8.根据权利要求6所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述连接组件包括第一连接杆、第二连接杆和调整螺母，所述第二连接杆的底端与所述安装块连接，所述第二连接杆的顶端穿设于所述调整螺母的螺纹孔且所述第二连接杆的顶端设有与所述调整螺母相适配的外螺纹，所述第一连接杆的底端设有与所述外螺纹相配合的内螺纹以使得所述第一连接杆与所述第二连接杆螺纹连接，所述摄像头固定连接于所述第一连接杆的顶端。

9.根据权利要求8所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述第二连接杆的底端设有固定于所述第二连接杆的铰接球，所述安装块的内部设有与所述铰接球相配合的铰接槽，所述铰接球与所述铰接槽铰接以使得所述第二连接杆与所述安装块相铰接。

10.根据权利要求9所述的修正工件坐标系装置，其特征在于：所述支撑三角架还包括紧固螺钉，所述安装块的侧面设有连通所述铰接槽且供所述紧固螺钉穿设的紧固孔，所述紧固螺钉穿设于所述紧固孔且所述紧固螺钉的末端抵接于所述铰接球上。