用于校准机器人用激光位移传感器的装置和方法制造方法及图纸

本公开的实施例涉及用于校准机器人(1)用激光位移传感器(2)的装置和方法。装置包括：辅助对象(3)，被布置在机器人(1)的工作空间中或由机器人(1)保持并且包括适于由激光位移传感器(2)检测的平坦表面(30)；以及控制器(4)，被配置为：基于来自激光位移传感器(2)的检测结果确定辅助对象(3)的平坦表面(30)上的特征点；使激光位移传感器(2)以相同的角度和不同的距离多次指向特征点，以获得激光位移传感器(2)的取向；以及使激光位移传感器(2)以不同的角度和相同的距离多次指向特征点，以获得激光位移传感器(2)和机器人(1)之间的相对位置关系。系。系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于校准机器人用激光位移传感器的装置和方法


[0001]本公开的实施例总体上涉及工业机器人领域，并且更具体地涉及用于校准机器人用激光位移传感器的装置和方法。

技术介绍

[0002]随着工业信息技术和智能制造的发展，工业机器人被广泛用于许多制造应用中，例如焊接、喷涂和对象的组装。激光位移传感器因结构简单、无接触测量、测量速度快、测量精度高，而在工业机器人中应用越来越广泛。
[0003]典型地，激光位移传感器安装在机器人凸缘上或其附近，以便测量距待处理对象的距离。通过与机器人运动相结合，这种附加的位移感测可用于识别对象相对于机器人坐标系的位置和取向。
[0004]激光位移传感器在使用前需要校准。也就是说，在使用激光位移传感器来检测对象之前，需要获得激光位移传感器和机器人凸缘之间的相对位置关系，从而可以将所测量的距离精确地转换成机器人坐标系中的位置。一方面，需要预先确定激光位移传感器相对于机器人凸缘的取向。另一方面，需要确定激光位移传感器的虚拟工具中心点和机器人凸缘的工具中心点之间的相对位置。
[0005]鉴于以上所述，需要一种简单且精确的方法，以用于校准激光位移传感器和机器人凸缘之间的相对位置关系。

技术实现思路

[0006]本公开的示例性实施例提供了用于校准机器人用激光位移传感器的解决方案。
[0007]在本公开的第一方面中，本公开的示例性实施例提供了一种用于校准机器人用激光位移传感器的装置。所述装置包括：辅助对象，所述辅助对象被布置在所述机器人的工作空间中或由所述机器人保持，并且包括适于由所述激光位移传感器检测的平坦表面，其中当所述辅助对象布置在所述机器人的工作空间中时，所述激光位移传感器被布置在所述机器人的机器人凸缘上或附近，并且当所述辅助对象由所述机器人保持时，所述激光位移传感器布置在所述机器人的工作空间中的固定位置处；以及控制器，被配置为：基于来自所述激光位移传感器的检测结果确定所述辅助对象的所述平坦表面上的特征点；使所述激光位移传感器以相同的角度和不同的距离多次指向所述特征点，以获得所述激光位移传感器的取向；使激光位移传感器以不同角度和相同距离多次指向特征点，以得到激光位移传感器与机器人之间的相对位置关系。
[0008]在一些实施例中，使激光位移传感器以相同的角度和不同的距离多次指向特征点以获得激光位移传感器的取向包括：使机器人移动，使得激光位移传感器以相同的角度和不同的距离多次指向特征点；记录机器人凸缘的第一工具中心点的第一多个位置；以及基于所述第一工具中心点的所述第一多个位置确定所述激光位移传感器的取向。
[0009]在一些实施例中，当辅助对象被布置在机器人的工作空间中时，激光位移传感器
的取向由激光位移传感器相对于机器人凸缘的取向表示，并且当辅助对象由机器人保持时，激光位移传感器的取向由激光位移传感器相对于机器人坐标系的取向表示。
[0010]在一些实施例中，使激光位移传感器以不同的角度和相同的距离多次指向特征点以获得激光位移传感器和机器人之间的相对位置关系包括：使机器人移动，使得激光位移传感器以不同的角度和相同的距离多次指向特征点；记录第一工具中心点的第二多个位置以及机器人凸缘的相应取向；以及基于所述第一工具中心点的所述第二多个位置和所述机器人凸缘的相应取向来确定所述激光位移传感器与所述机器人之间的相对位置关系。
[0011]在一些实施例中，当辅助对象被布置在机器人的工作空间中时，激光位移传感器和机器人之间的相对位置关系由激光位移传感器的第二工具中心点和机器人凸缘的第一工具中心点之间的相对位置关系表示，并且其中当辅助对象由机器人保持时，激光位移传感器和机器人之间的相对位置关系由激光位移传感器的第二工具中心点和机器人坐标系之间的相对位置关系表示。
[0012]在一些实施例中，所述控制器被配置成通过以下方式确定所述特征点：使所述机器人移动，使得所述激光位移传感器在平行于所述辅助对象的所述平坦表面的方向上扫描所述辅助对象；响应于所述激光位移传感器的检测结果的突然变化，确定检测到所述平坦表面的边缘点，以找到所述平坦表面的至少三个边缘点；以及基于所述平坦表面的所述至少三个边缘点确定所述平坦表面的中心作为所述特征点。
[0013]在一些实施例中，控制器还被配置为在激光位移传感器在平行于辅助对象的平坦表面的方向上扫描辅助对象之前确定平坦表面的姿态。
[0014]在一些实施例中，控制器被配置成通过以下方式来确定平坦表面的姿态：使所述激光位移传感器以相同的角度和相同的距离指向所述平面上的三个或更多个点；记录所述机器人凸缘的第一工具中心点对应于所述平面上的所述三个或更多个点的第三多个位置；以及基于所述第一工具中心点的所述第三多个位置确定所述平坦表面的姿态。
[0015]在一些实施例中，使激光位移传感器以相同的角度和不同的距离多次指向特征点包括：使激光位移传感器以相同的角度和不同的距离两次指向特征点。
[0016]在一些实施例中，使激光位移传感器以不同角度和相同距离多次指向特征点包括：使所述激光位移传感器以不同的角度和相同的距离指向所述特征点至少四次。
[0017]在一些实施例中，所述相对位置关系是通过单点约束来确定的。
[0018]在一些实施例中，辅助对象的平坦表面为圆形。
[0019]在一些实施例中，辅助对象是圆柱形或倒截锥形。
[0020]在一些实施例中，辅助对象的平坦表面具有三角形或矩形形状。
[0021]在一些实施例中，控制器还被配置为确定平坦表面相对于机器人坐标系的水平取向。
[0022]在本公开的第二方面中，本公开的示例性实施例提供了一种用于校准机器人用激光位移传感器的方法。方法包括：基于来自所述激光位移传感器的检测结果确定辅助对象的平坦表面上的特征点，所述辅助对象被布置在所述机器人的工作空间中或由所述机器人保持，并且所述平坦表面适于由所述激光位移传感器检测，其中当所述辅助对象布置在所述机器人的工作空间中时，所述激光位移传感器布置在所述机器人的机器人凸缘上或附近，并且当所述辅助对象由所述机器人保持时，所述激光位移传感器布置在所述机器人的
工作空间中的固定位置处；使所述激光位移传感器以相同的角度和不同的距离多次指向所述特征点，以获得所述激光位移传感器的取向；以及使所述激光位移传感器以不同的角度和相同的距离多次指向所述特征点，以获得所述激光位移传感器和所述机器人之间的相对位置关系。
[0023]在一些实施例中，使激光位移传感器以相同的角度和不同的距离多次指向特征点以获得激光位移传感器的取向包括：使机器人移动，使得激光位移传感器以相同的角度和不同的距离多次指向特征点；记录机器人凸缘的第一工具中心点的第一多个位置；以及基于所述第一工具中心点的所述第一多个位置确定所述激光位移传感器的取向。
[0024]在一些实施例中，当辅助对象被布置在机器人的工作空间中时，激光位移传感器的取向由激光位移传感器相对于机器人凸缘的取向表示，并且当辅助对象由机器人保持时，激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于校准机器人(1)用激光位移传感器(2)的装置，所述装置包括：辅助对象(3)，被布置在所述机器人(1)的工作空间中或由所述机器人(1)保持并且包括适于由所述激光位移传感器(2)检测的平坦表面(30)，其中当所述辅助对象(3)被布置在所述机器人(1)的工作空间中时，所述激光位移传感器(2)被布置在所述机器人(1)的机器人凸缘(10)上或附近，并且当所述辅助对象(3)由所述机器人(1)保持时，所述激光位移传感器(2)被布置在所述机器人(1)的工作空间中的固定位置处；以及控制器(4)，被配置为：基于来自所述激光位移传感器(2)的检测结果确定所述辅助对象(3)的所述平坦表面(30)上的特征点；使所述激光位移传感器(2)以相同的角度和不同的距离多次指向所述特征点，以获得所述激光位移传感器(2)的取向；以及使所述激光位移传感器(2)以不同的角度和相同的距离多次指向所述特征点，以获得所述激光位移传感器(2)和所述机器人(1)之间的相对位置关系。2.根据权利要求1所述的装置，其中使所述激光位移传感器(2)以相同的角度和不同的距离多次指向所述特征点以获得所述激光位移传感器(2)的取向包括：使所述机器人(1)移动，使得所述激光位移传感器(2)以相同的角度和不同的距离多次指向所述特征点；记录所述机器人凸缘(10)的第一工具中心点(TCP0)的第一多个位置(TCP0_1、TCP0_2)；以及基于所述第一工具中心点(TCP0)的所述第一多个位置(TCP0_1、TCP0_2)来确定所述激光位移传感器(2)的取向。3.根据权利要求2所述的装置，其中当所述辅助对象(3)被布置在所述机器人(1)的工作空间中时，所述激光位移传感器(2)的取向由所述激光位移传感器(2)相对于所述机器人凸缘(10)的取向来表示，并且其中当所述辅助对象(3)由所述机器人(1)保持时，所述激光位移传感器(2)的取向由所述激光位移传感器(2)相对于机器人坐标系的取向来表示。4.根据权利要求2所述的装置，其中使所述激光位移传感器(2)以不同的角度和相同的距离多次指向所述特征点以获得所述激光位移传感器(2)和所述机器人(1)之间的相对位置关系包括：使所述机器人(1)移动，使得所述激光位移传感器(2)以不同的角度和相同的距离多次指向所述特征点；记录所述第一工具中心点(TCP0)的第二多个位置(TCP0_3、TCP0_4、TCP0_5、TCP0_6)以及所述机器人凸缘(10)的相应取向；以及基于所述第一工具中心点(TCP0)的所述第二多个位置(TCP0_3、TCP0_4、TCP0_5、TCP0_6)和所述机器人凸缘(10)的相应取向来确定所述激光位移传感器(2)和所述机器人(1)之间的相对位置关系。5.根据权利要求4所述的装置，其中当所述辅助对象(3)被布置在所述机器人(1)的所述工作空间中时，所述激光位移传感器(2)与所述机器人(1)之间的所述相对位置关系由所述激光位移传感器(2)的第二工具中心点(TCP)与所述机器人凸缘(10)的所述第一工具中
心点(TCP0)之间的相对位置关系表示，并且其中当所述辅助对象(3)由所述机器人(1)保持时，所述激光位移传感器(2)与所述机器人(1)之间的相对位置关系由所述激光位移传感器(2)的所述第二工具中心点(TCP)与机器人坐标系之间的相对位置关系表示。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器(4)被配置成通过以下方式来确定所述特征点：使所述机器人(1)移动，使得所述激光位移传感器(2)在平行于所述辅助对象(3)的所述平坦表面(30)的方向上扫描所述辅助对象(3)；响应于来自所述激光位移传感器(2)的检测结果的突然变化，确定检测到所述平坦表面(30)的边缘点，以找到所述平坦表面(30)的至少三个边缘点(P4、P5、P6、P7)；以及基于所述平坦表面(30)的所述至少三个边缘点(P4、P5、P6、P7)，确定所述平坦表面(30)的中心(P8)作为所述特征点。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述控制器(4)还被配置为在所述激光位移传感器(2)在平行于所述辅助对象(3)的所述平坦表面(30)的方向上扫描所述辅助对象(3)之前确定所述平坦表面(30)的姿态。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述控制器(4)被配置成通过以下方式来确定所述平坦表面(30)的所述姿态：使所述激光位移传感器(2)以相同的角度和相同的距离指向所述平坦表面(30)上的三个或更多个点(P1、P2、P3)；记录所述机器人凸缘(10)的第一工具中心点(TCP0)的对应于所述平坦表面(30)上的所述三个或更多个点(P1、P2、P3)的第三多个位置(TCP0_7、TCP0_8、TCP0_9)；以及基于所述第一工具中心点(TCP0)的所述第三多个位置(TCP0_7、TCP0_8、TCP0_9)，确定所述平坦表面(30)的所述姿态。9.根据权利要求1所述的装置，其中使所述激光位移传感器(2)以相同的角度和不同的距离多次指向所述特征点包括：使所述激光位移传感器(2)以相同的角度和不同的距离两次指向所述特征点。10.根据权利要求1所述的装置，其中使所述激光位移传感器(2)以不同角度和相同距离多次指向所述特征点包括：使所述激光位移传感器(2)以不同的角度和相同的距离指向所述特征点至少四次。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述相对位置关系通过单点约束来确定。12.根据权利要求1
‑
11中任一项所述的装置，其中所述辅助对象(3)的所述平坦表面(30)为圆形。13.根据权利要求12所述的装置，其中所述辅助对象(3)为圆柱形或倒置的截锥形。14.根据权利要求1
‑
11中任一项所述的装置，其中所述辅助对象(3)的所述平坦表面(30)具有三角形或矩形形状。15.根据权利要求14所述的装置，其中所述控制器(4)还被配置为确定所述平坦表面(30)相对于机器人坐标系的水平取向。16.一种用于校准机器人(1)用激光位...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾颢，张佳帆，舒飏，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：