一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法及装置，包括控制柜、TCP标定装置、工业机器人、末端工具和控制总线，控制柜通过控制总线分别连接TCP标定装置和工业机器人，末端工具安装在工业机器人上；TCP标定装置包括TCP检测装置、标定控制器和安装底座，TCP检测装置通过安装底座固定安装在工业机器人的一侧，测量平面与工业机器人基坐标系的XOY平面平行。根据对射式光电传感器的通断信号，记录法兰位姿数据，计算并补偿末端工具在X/Y轴及Z轴方向上的位姿偏差，通过多次重复操作，降低TCP标定误差，有效的提高工业机器人的作业精度，减少工业机器人停机维护时间，提高了工业生产线的自动化程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工业机器人末端工具标定技术，具体涉及一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法及装置。
技术介绍
随着工业机器人技术的快速发展，其逐渐在焊接、切削、装配等领域得到越来越广泛的应用。通过安装不同的末端工具，工业机器人能够完成多种作业任务。其中，工具中心点(Tool Center Point，TCP)的位姿标定精度直接影响工业机器人的作业精度。工业机器人的末端工具(如螺柱焊枪、切削刀具等)经过长时间工作之后，会出现一定的位姿偏差，从而导致工业机器人无法完成预设功能等问题。目前，针对工业机器人末端工具TCP的标定主要采用离线人工示教的多点法。该方法首先将工业机器人末端工具的TCP对齐到一固定点上，然后通过调整工业机器人的关节角度，实现TCP标定。但此类方法存在一定的弊端：(1)多点法的TCP标定过程主要受人为因素(如操作经验等)的影响，不可避免地引入较大的误差；(2)标定过程耗时较长，将影响工业机器人的生产作业效率；(3)为实现对生产线地周期性标定，将耗费大量的人力资源，同时降低了生产线的总体产能。工业机器人TCP快速在线准确的标定直接关系到生产线的产品质量和生产效率，因此，亟待提出一种应用于工业机器人的TCP快速在线标定方法，既能够保证工业机器人的作业精度，又可以提高工业机器人的自动化程度。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种能够实现工业机器人
TCP的自由度标定的应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法及装置。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定装置，包括控制柜，TCP标定装置，工业机器人、末端工具和控制总线，所述控制柜通过控制总线分别连接TCP标定装置和工业机器人，末端工具安装在工业机器人上；所述TCP标定装置包括TCP检测装置、标定控制器和安装底座，TCP检测装置通过安装底座固定安装在工业机器人的一侧，测量平面与工业机器人基坐标系的XOY平面平行。上述TCP检测装置包括装置上盖、装置本体、精度检验开关以及四组对射式光电传感器，所述精度检验开关设置于装置本体上表面，所述装置本体为纵向镂空正方形的长方体，四组对射式光电传感器分别设置于装置本体内侧面的纵向中线上，对射式光电传感器的激光射线相互垂直且在同一水平面。上述标定控制器包括装置外壳、微控制器单元、显示单元、按键单元、状态指示灯和通信接口，所述标定控制器获取精度检验开关的输出信号以及四组对射式光电传感器的通断信号，通过连接通信接口的控制总线与控制柜进行数据通信，并通过显示单元、状态指示灯反馈工作信息。一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法，包括如下步骤：S1、保持工业机器人末端工具垂直于基坐标系的XOY平面，通过人工示教方法实现工业机器人末端工具与TCP检测装置的精度检测开关对准，记录工业机器人法兰的空间位姿数据；S2、工业机器人连续工作一段时间后，工业机器人根据初始人工示教的空间位姿数据检测当前工业机器人的TCP点是否偏移较大，若无法满足生产要求，则进入标定程序；S3、标定程序：标定控制器通过控制柜控制工业机器人的末端工具以初始
姿态在TCP检测装置中做正方形轨迹的标定运动；在运动过程中，标定控制器的微控制器单元监测TCP检测装置内的四组对射式光电传感器通断状态，根据该通断信号的时间点，读取并存储工业机器人在该时间点的法兰空间位姿数据，利用以上存储的空间位姿数据计算工业机器人末端工具在X轴与Y轴方向上的位置偏差以及角度偏差，并实现TCP的误差补偿；S4、重复步骤S3的操作，通过标定结果的迭代，降低TCP标定误差；S5、控制末端工具在基坐标系的Z轴方向上做匀速直线运动，以确定工业机器人TCP在Z轴方向上位置偏差，补偿TCP的误差；S6、重复步骤S5的操作，通过标定结果的迭代，降低TCP标定误差。上述的一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法，其特征在于所述步骤S3中末端工具在X轴与Y轴方向上的位置偏差的计算方法为：在标定运动过程中，末端工具每经过一组对射式光电传感器，标定控制器读取工业机器人法兰坐标系的空间位姿数据，记为Pijn；所述i表示第i组对射式光电传感器，i＝1或2或3或4，其中1为对射式光电传感器1，2为对射式光电传感器2，3为对射式光电传感器3，4为对射式光电传感器4；所述j表示对射式光电传感器的通断，j＝1或2，1表示对射式光电传感器信号接通，2表示对射式光电传感器信号断开；所述n表示单次循环运动中，第n次通过第i组对射式光电传感器，n＝1或2；基于标定控制器获取的法兰坐标系空间位姿数据，A、末端工具第一次通过第1组对射式光电传感器1时，末端工具的中线与对射式光电传感器1的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 11 = P 111 . Y + P 121 . Y 2 , ]]>末端工具第一次通过第3组对射式光电传感器3时，末端工具的中线与对射式光电传感器3的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 31 = P 311 . Y + P 321 . Y 2 , ]]>末端工具第二次通过第1组对射式光电传感器1时，末端工具的中线与对射式光电传感器1的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 2 = P 112 . Y + P 122 . Y 2 , ]]>末端工具第二次通过第3组对射式光电传感器3时，末端工具的中线与对射式光电传感器3的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 32 = P 312 . Y + P 322 . Y 2 , ]]>因此，末端工具的TCP在Y轴方向上的位置偏差可由下式计算得出： TCP Δ Y = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定装置，其特征在于包括控制柜、TCP标定装置、工业机器人、末端工具和控制总线，所述控制柜通过控制总线分别连接TCP标定装置和工业机器人，末端工具安装在工业机器人上；所述TCP标定装置包括TCP检测装置、标定控制器和安装底座，TCP检测装置通过安装底座固定安装在工业机器人的一侧，测量平面与工业机器人基坐标系的XOY平面平行。

【技术特征摘要】
1.一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定装置，其特征在于包括控制柜、TCP标定装置、工业机器人、末端工具和控制总线，所述控制柜通过控制总线分别连接TCP标定装置和工业机器人，末端工具安装在工业机器人上；所述TCP标定装置包括TCP检测装置、标定控制器和安装底座，TCP检测装置通过安装底座固定安装在工业机器人的一侧，测量平面与工业机器人基坐标系的XOY平面平行。2.根据权利要求1所述的一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定装置，其特征在于所述TCP检测装置包括装置上盖、装置本体、精度检验开关以及四组对射式光电传感器，所述精度检验开关设置于装置本体上表面，所述装置本体为纵向镂空正方形的长方体，四组对射式光电传感器分别设置于装置本体内侧面的纵向中线上，对射式光电传感器的激光射线相互垂直且在同一水平面。3.根据权利要求1所述的一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定装置，其特征在于所述标定控制器包括装置外壳、微控制器单元、显示单元、按键单元、状态指示灯和通信接口，所述标定控制器获取精度检验开关的输出信号以及四组对射式光电传感器的通断信号，通过连接通信接口的控制总线与控制柜进行数据通信，并通过显示单元、状态指示灯反馈工作信息。4.如权利要求1所述的一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、保持工业机器人末端工具垂直于基坐标系的XOY平面，通过人工示教方法实现工业机器人末端工具与TCP检测装置的精度检测开关对准，记录工业机器人法兰的空间位姿数据；S2、工业机器人连续工作一段时间后，工业机器人根据初始人工示教的
\t空间位姿数据检测当前工业机器人的TCP点是否偏移较大，若无法满足生产要求，则进入标定程序；S3、标定程序：标定控制器通过控制柜控制工业机器人的末端工具以初始姿态在TCP检测装置中做正方形轨迹的标定运动；在运动过程中，标定控制器的微控制器单元监测TCP检测装置内的四组对射式光电传感器通断状态，根据该通断信号的时间点，读取并存储工业机器人在该时间点的法兰空间位姿数据，利用以上存储的空间位姿数据计算工业机器人末端工具在X轴与Y轴方向上的位置偏差以及角度偏差，并实现TCP的误差补偿；S4、重复步骤S3的操作，通过标定结果的迭代，降低TCP标定误差；S5、控制末端工具在基坐标系的Z轴方向上做匀速直线运动，以确定工业机器人TCP在Z轴方向上位置偏差，补偿TCP的误差；S6、重复步骤S5的操作，通过标定结果的迭代，降低TCP标定误差。5.根据权利要求4所述的一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法，其特征在于所述步骤S3中末端工具在X轴与Y轴方向上的位置偏差的计算方法为：标定运动过程中，末端工具每经过一组对射式光电传感器，标定控制器读取工业机器人法兰坐标系的空间位姿数据，记为Pijn；所述i表示第i组对射式光电传感器，i＝1或2或3或4，其中1为对射式光电传感器1，2为对射式光电传感器2，3为对射式光电传感器3，4为对射式光电传感器4；所述j表示对射式光电传感器的通断，j＝1或2，1表示对射式光电传感器信号接通，2表示对射式光电传感器信号断开；所述n表示单次循环运动中，第n次通过第i组对射式光电传感器，n＝1
\t或2；基于标定控制器获取的法兰坐标系空间位姿数据，A、末端工具第一次通过第1组对射式光电传感器1时，末端工具的中线与对射式光电传感器1的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 11 = P 111 . Y + P 121 . Y 2 , ]]>末端工具第一次通过第3组对射式光电传感器3时，末端工具的中线与对射式光电传感器3的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 31 = P 311 . Y + P 321 . Y 2 , ]]>末端工具第二次通过第1组对射式光电传感器1时，末端工具的中线与对射式光电传感器1的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 12 = P 112 . Y + P 122 . Y 2 , ]]>末端工具第二次通过第3组对射式光电传感器3时，末端工具的中线与对射式光电传感器3的激光射线的交点Y轴坐标为： Y 32 = P 312 . Y + P 322 . Y 2 , ]]>因此，末端工具的TCP在Y轴方向上的位置偏差可由下式计算得出： TCP Δ Y = Y 11 - Y 12 + Y 31 - Y 32 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：温秀兰，乔贵方，崔俊宇，王东霞，赵艺兵，白冰峰，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32