專利名稱：用于確定機(jī)器人坐標(biāo)系與位于機(jī)器人工作范圍內(nèi)的本地坐標(biāo)系之間的關(guān)系的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定位于工業(yè)機(jī)器人工作范圍內(nèi)的本地坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系 之間的關(guān)系的方法和裝置。例如，本發(fā)明適于確定在工件坐標(biāo)系或夾具坐標(biāo)系與機(jī)器人 坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
背景技術(shù)：
在機(jī)器人安裝和機(jī)器人室的試運(yùn)轉(zhuǎn)方面存在的基本問題是標(biāo)識(shí)出機(jī)器人相對(duì)于 將由該機(jī)器人加工的工件的關(guān)系。機(jī)器人意于在工件上進(jìn)行加工，并且工件位于機(jī)器人 的工作范圍內(nèi)。在機(jī)器人保持將要加工的工件并且工具位于機(jī)器人的工作范圍內(nèi)的情況 下，也存在同樣的問題。在該情況下，必須標(biāo)識(shí)出工具和機(jī)器人之間的關(guān)系。工件標(biāo)識(shí)的原因在于要限定出工件中的本地坐標(biāo)系，這可以用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行 編程以在工件上進(jìn)行加工。這種方法的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于編程將在工件的坐標(biāo)系中完 成，這將讓編程人員更好理解。另一種方法是將在機(jī)器人底座坐標(biāo)系中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編 程。但是，這對(duì)于編程人員來說將不那么容易理解。如果編程在工件坐標(biāo)系中完 成，則如果機(jī)器人和工件之間的關(guān)系由于某種原因(例如設(shè)備移動(dòng))而改變的話，編程也 將容易重新使用。重新使用將僅僅包括對(duì)機(jī)器人坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系之間的關(guān)系進(jìn)行新 的標(biāo)識(shí)。另外，離線生成的程序的使用將以容易且精確的方式受到支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于確定位于機(jī)器人工作范圍內(nèi)的本地坐標(biāo)系與機(jī) 器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系的方法，該方法簡(jiǎn)單、快捷并且精確。該目的是由如權(quán)利要求1所限定的方法來實(shí)現(xiàn)。這種方法包括將第一校準(zhǔn)物體與所述機(jī)器人成固定關(guān)系附接，確定所述第一 校準(zhǔn)物體相對(duì)于所述機(jī)器人的位置，將至少三個(gè)第二校準(zhǔn)物體定位在所述機(jī)器人的工作 范圍內(nèi)，其中至少一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為具有成形為球體的突出部分的凸形校準(zhǔn)物體，并 且至少一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為包括至少兩個(gè)非平行傾斜表面的凹形校準(zhǔn)物體，所述至少兩 個(gè)非平行傾斜表面布置成用以接收所述球體使得所述球體在至少一個(gè)參考位置與所述表 面接觸，確定出在所述本地坐標(biāo)系中每個(gè)所述第二校準(zhǔn)物體的至少一個(gè)參考位置，A)使所述機(jī)器人以順應(yīng)的方式運(yùn)動(dòng)，直到所述球體與所述凹形校準(zhǔn)物體的表面 機(jī)械接觸；B)讀取當(dāng)所述球體與所述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置，對(duì)另一個(gè)所述校 準(zhǔn)物體重復(fù)所述步驟A-B，并且基于所述第一校準(zhǔn)物體相對(duì)于所述機(jī)器人的位置、所述 第二校準(zhǔn)物體在所述本地坐標(biāo)系中的參考位置以及當(dāng)所述球體與所述第二校準(zhǔn)物體的所 述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置，計(jì)算出所述本地坐標(biāo)系與所述機(jī)器人坐標(biāo)系之間
4的關(guān)系。本發(fā)明支持自動(dòng)、快速、容易并且精確標(biāo)識(shí)出用于計(jì)算所述本地坐標(biāo)系的位 置。該方法適于由機(jī)器人自身自動(dòng)地執(zhí)行?？梢詫⒃摍C(jī)器人編程為將所述第一校準(zhǔn)物體 移動(dòng)到所述第二校準(zhǔn)物體，并且進(jìn)一步移動(dòng)直到所述球體與所述表面機(jī)械接觸，并且相 應(yīng)地球體位于參考位置。該機(jī)器人設(shè)有自搜索能力，例如采用力控制或柔性伺服系統(tǒng)，這使機(jī)器人以順 應(yīng)的方式運(yùn)動(dòng)直到所述球體與所述凹形校準(zhǔn)物體的所述表面接觸。在具有能夠方便快捷 使用的自動(dòng)標(biāo)識(shí)功能時(shí)，就能夠反復(fù)標(biāo)識(shí)出在工件和機(jī)器人之間的關(guān)系，從而尋找出由 于溫度改變而造成的長(zhǎng)期變化以及偏差。根據(jù)本發(fā)明的該方法對(duì)于初始標(biāo)識(shí)關(guān)系以及對(duì) 長(zhǎng)期變化和溫度漂移保持跟蹤和補(bǔ)償是有用的。根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為具有成形為球體的突出部分的凸形校準(zhǔn) 物體，并且至少一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為包括至少兩個(gè)非平行傾斜表面的凹形校準(zhǔn)物體，所 述至少兩個(gè)非平行傾斜表面布置成用以接收所述球體使得所述球體在至少一個(gè)參考位置 與所述表面接觸。當(dāng)所述凸形校準(zhǔn)物體與凹形校準(zhǔn)物體組合在一起時(shí)，它們將以至少兩 個(gè)自由度給出球體關(guān)于表面的精確且可重復(fù)的位置。校準(zhǔn)物體的參考位置限定為當(dāng)球體 與所述凹形校準(zhǔn)物體的表面接觸時(shí)所述球體的位置。在凹形校準(zhǔn)物體只具有兩個(gè)表面的 情況中，存在沿著直線設(shè)置的多個(gè)參考位置。在該情況中，應(yīng)該測(cè)量至少兩個(gè)參考位置 以便確定一條線。在校準(zhǔn)物體具有三個(gè)非平行傾斜表面的情況中，只存在一個(gè)參考位 置，并且可以以三個(gè)自由度確定球體關(guān)于所述凹形校準(zhǔn)物體的表面的位置。在該情況 下，測(cè)量出僅有的一個(gè)參考位置就足夠了。因?yàn)檫@些表面是傾斜的，因此減少了所述球體與所述表面接觸的可能位置的數(shù) 量。有利的是，表面的傾斜角在20-80°的區(qū)間內(nèi)，并且優(yōu)選在30-60°的區(qū)間內(nèi)。如 果傾斜角太陡，則測(cè)量變得不確定，并且如果傾斜角太平，則難以找到球體與表面接觸 的位置。通過確定在本地坐標(biāo)系中的參考位置以及在機(jī)器人坐標(biāo)系中的參考位置，能夠 容易確定出機(jī)器人坐標(biāo)系和本地坐標(biāo)系之間的關(guān)系。第一校準(zhǔn)物體例如附接在機(jī)器人上或附接在由機(jī)器人承載的工具上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，至少一個(gè)所述校準(zhǔn)物體包括三個(gè)非平行傾斜表面，所 述三個(gè)非平行傾斜表面布置成用以接收所述球體，使得所述球體在所述參考位置與所有 三個(gè)表面接觸。在所述球體與三個(gè)傾斜表面組合時(shí)，只存在一個(gè)球體與所有三個(gè)表面接 觸的位置，并且限定了球體相對(duì)于這些表面的唯一精確位置。球體被允許在所有維度上 自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并且影響位置信息精確度的唯一因素是球體的精確度。該實(shí)施方式提供了所 述凸形校準(zhǔn)物體相對(duì)于所述凹形校準(zhǔn)物體的精確且可重復(fù)的位置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述球體附接在所述機(jī)器人上，其他所述校準(zhǔn)物體成 形為具有兩個(gè)傾斜表面的溝槽，并且至少三個(gè)溝槽位于所述機(jī)器人的工作區(qū)域內(nèi)，從而 所述三個(gè)溝槽的縱向方向是不平行的，并且所述方法包括使所述機(jī)器人以順應(yīng)的方式運(yùn) 動(dòng)直到所述球體已經(jīng)與在所有三個(gè)溝槽上的兩個(gè)表面機(jī)械接觸、并且對(duì)于所有三個(gè)溝槽 的所述機(jī)器人的位置已經(jīng)被存儲(chǔ)，以及基于當(dāng)所述球體與所述溝槽的表面機(jī)械接觸時(shí)所 述機(jī)器人的位置計(jì)算出所述本地坐標(biāo)系與所述機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述機(jī)器人通過力控制自動(dòng)運(yùn)動(dòng)。力控制使機(jī)器人能 夠自動(dòng)查找球體與表面接觸的位置，并且能夠自動(dòng)地找到參考位置。力控制指的是，在 至少兩個(gè)方向上測(cè)量出在第一校準(zhǔn)物體和機(jī)器人之間的力或扭矩，并且根據(jù)所測(cè)量出的 力或扭矩來進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。在校準(zhǔn)物體設(shè)有三個(gè)傾斜表面的情況下在至少三個(gè)自由 度上測(cè)量出力或扭矩。當(dāng)在三個(gè)方向上存在力或扭矩時(shí)該球體處于參考位置。力控制為 主動(dòng)并且靈敏的控制。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過柔性伺服系統(tǒng)來使機(jī)器人自動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。柔性伺服 系統(tǒng)是沒有位置回路的機(jī)器人控制。柔性伺服系統(tǒng)使得機(jī)器人能夠自動(dòng)地查找球體與表 面接觸的位置，并且因此能夠自動(dòng)地找到參考位置。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供用于確定位于機(jī)器人的工作范圍內(nèi)的本地坐標(biāo)系 和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系的系統(tǒng)。該目的是通過在權(quán)利要求7中所限定的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。這種系統(tǒng)包括將與所述機(jī)器人成固定關(guān)系附接的第一校準(zhǔn)物體，將安置在所 述機(jī)器人的工作范圍內(nèi)的三個(gè)第二校準(zhǔn)物體，其中至少一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為具有成形為 球體的突出部分的凸形校準(zhǔn)物體，并且至少一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為包括至少兩個(gè)非平行傾 斜表面的凹形校準(zhǔn)物體，所述至少兩個(gè)非平行傾斜表面布置成用以接收所述球體使得所 述球體在參考位置與所述表面接觸，以及用于使所述機(jī)器人以順應(yīng)的方式運(yùn)動(dòng)、直到所 述球體與所述凹形校準(zhǔn)物體的表面機(jī)械接觸的裝置，以及計(jì)算單元，所述計(jì)算單元構(gòu)造 成用來接收和存儲(chǔ)當(dāng)所述球體與所述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置，以及基于所述 第一校準(zhǔn)物體與所述機(jī)器人之間的已知關(guān)系、在所述本地坐標(biāo)系中的所述參考位置以及 當(dāng)所述球體與所述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置計(jì)算出所述本地坐標(biāo)系與所述機(jī)器 人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。校準(zhǔn)物體容易使用并且容易附接在機(jī)器人工具上、夾具上或者工件上。例如，校準(zhǔn)物體成形為立方體的截頭形內(nèi)角。該形狀容易制造，因?yàn)闄C(jī)械公差 不嚴(yán)格。與制造無關(guān)，將只有一個(gè)參考位置。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)例如適于確定用于保持將由機(jī)器人加工的工件的夾具 的坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。


下面將通過本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的說明并且參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的 說明。圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式用于確定本地坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系 的系統(tǒng)。圖2a示出凹形校準(zhǔn)物體的示例。圖2b示出由在圖2a中所示的凹形校準(zhǔn)物體接收的、球體形式的凸形校準(zhǔn)物體和 處于參考位置的球體。圖2c示出穿過在圖2b中所示的球體和凹形校準(zhǔn)物體的截面A-A。圖3示出在校準(zhǔn)過程中將球體在凹形校準(zhǔn)物體之間移動(dòng)的機(jī)器人。圖4示出凹形校準(zhǔn)物體的另一個(gè)示例。
6
圖5為流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的方法的示例。
具體實(shí)施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式用于確定本地坐標(biāo)系Xp Y1, Z1和機(jī)器人坐標(biāo)系 ΧΓ> ΥΓ>、A之間的關(guān)系的系統(tǒng)。在該示例中，機(jī)器人坐標(biāo)系位于機(jī)器人的底座中，并 且被表示為機(jī)器人的底座坐標(biāo)系。在該示例中，本地坐標(biāo)系為工件坐標(biāo)系，并且與將由 機(jī)器人加工并且由夾具3固定保持的工件2相關(guān)。機(jī)器人1設(shè)有機(jī)器人控制器5，該機(jī)器人控制器5包括至少一個(gè)處理器、存儲(chǔ) 器和通信裝置。在該示例中，機(jī)器人控制器5用來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法中的大部分步 驟。機(jī)器人1包括用于附接工具8的工具法蘭7。在校準(zhǔn)過程中，以包括球體10的凸形 校準(zhǔn)物體形式的第一校準(zhǔn)物體10固定附接在工具8上，并且因此固定附接在機(jī)器人上。 采用軸或其他結(jié)構(gòu)將球體10附接在機(jī)器人工具8上。在可替代的實(shí)施方式中，第一校準(zhǔn) 物體10可以附接在工具法蘭7上。球體10的工具中心點(diǎn)(TCP)必須在機(jī)器人坐標(biāo)系中 是已知的。球體的TCP例如可以通過一次測(cè)量標(biāo)識(shí)用于固定安裝或者在每次要進(jìn)行校準(zhǔn) 時(shí)采用在機(jī)器人控制器中的內(nèi)置方法標(biāo)識(shí)用于柔性安裝。在該實(shí)施方式中，用于測(cè)量在三個(gè)正交方向上的力的力傳感器12設(shè)在工具法蘭 7和工具8之間，并且因此設(shè)在校準(zhǔn)物體10和機(jī)器人1之間。機(jī)器人編程為通過力控制 而運(yùn)動(dòng)。這意味著機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)取決于來自力傳感器12的測(cè)量信號(hào)。該系統(tǒng)還包括安置在機(jī)器人工作范圍內(nèi)的三個(gè)第二校準(zhǔn)物體14、15、16，在該 情況下安置在保持工件2的夾具3上。第二校準(zhǔn)物體14-16中的每一個(gè)為包括三個(gè)非平 行傾斜表面的凹形校準(zhǔn)物體，所述三個(gè)非平行傾斜表面布置成接收球體10，使得在球體 相對(duì)于第二校準(zhǔn)物體處于唯一限定的位置時(shí)該球體同時(shí)與所有三個(gè)表面接觸。在下面， 球體同時(shí)與所有三個(gè)表面接觸所在的位置表示為參考位置。在圖2a_2c中更詳細(xì)示出凹形校準(zhǔn)物體14。凹形校準(zhǔn)物體包括三個(gè)非平行傾斜 表面20、21、22。這些表面相對(duì)于管的縱向軸線的傾斜角優(yōu)選在30-60°的區(qū)間內(nèi)。例 如，第二校準(zhǔn)物體的上端的形狀具有立方體的截頭形內(nèi)角的形式。凹形校準(zhǔn)物體的一個(gè) 上端形成為具有用于接收球體的開口的管，而另一個(gè)下端設(shè)計(jì)成用于將校準(zhǔn)物體安置在 夾具3上。管沿著離開開口的方向逐漸變薄。校準(zhǔn)物體的上端具有主要為三角形的截 面。管子具有三個(gè)沿著管子的縱向軸線朝著彼此傾斜的內(nèi)表面20、21、22。僅在沿著 管子的縱向軸線的一個(gè)位置處，此處的截面才是這些表面之間的距離對(duì)應(yīng)于球體10的截 面。因此，球體僅在一個(gè)唯一位置處準(zhǔn)確地配合在管子中，在該位置球體與所有三個(gè)表 面20-22接觸。參考位置限定為在球體與所有三個(gè)表面接觸時(shí)球體的中心點(diǎn)25。圖2c 示出在球體位于參考位置時(shí)的球體和表面。三個(gè)第二校準(zhǔn)物體14、15、16優(yōu)選位于本地坐標(biāo)系中，以便形成三角形的角 部，并且優(yōu)選代表坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的唯一解。機(jī)器人控制器5構(gòu)造成接收和存儲(chǔ)在球體10與第 二校準(zhǔn)物體14、15、16的所有三個(gè)表面20、21、22機(jī)械接觸時(shí)機(jī)器人的位置，并且包括 軟件，該軟件用于基于在球體與校準(zhǔn)物體的表面接觸時(shí)的機(jī)器人位置計(jì)算出本地坐標(biāo)系 和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。例如，第二校準(zhǔn)物體14、15、16可以包括在夾具中作為設(shè)備的一部分。球體的位置需要在制造夾具時(shí)標(biāo)識(shí)出；一次測(cè)量。第二校準(zhǔn)物體的參考位置在本地坐標(biāo)系中測(cè) 量出并且存儲(chǔ)。參考位置限定為在球體位于第二校準(zhǔn)物體中時(shí)球體的中心點(diǎn)。用于第二 校準(zhǔn)物體的參考位置提前并且相對(duì)于本地坐標(biāo)系確定。該方法在尋找球體在第二校準(zhǔn)物體中的準(zhǔn)確位置方面必須是自動(dòng)的并且精確 的。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人定位而言，這將是非常困難的。為了實(shí)現(xiàn)球體的自動(dòng)定位，需要對(duì) 機(jī)器人進(jìn)行柔性并且順應(yīng)的控制。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的這種柔性并且順應(yīng)的控制，可采 用包括力/力矩傳感器的力控制，如圖1所示一樣。如果在機(jī)器人設(shè)備中沒有包括力控 制，則可使用順應(yīng)伺服系統(tǒng)，以便使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)成與校準(zhǔn)物體機(jī)械接觸，但是仍然能 夠順應(yīng)以找到球體的精確位置。一旦球體處于在校準(zhǔn)物體中的正確位置中，位置數(shù)據(jù)就 能夠在機(jī)器人控制器5內(nèi)讀取，并且該位置數(shù)據(jù)可與參考值一起用來計(jì)算機(jī)器人坐標(biāo)系 和本地坐標(biāo)系之間的關(guān)系。圖3示出在校準(zhǔn)過程中機(jī)器人將球體10在凹形校準(zhǔn)物體14-16之間移動(dòng)。在球 體處于凹形校準(zhǔn)物體的參考位置中時(shí)，讀取并且存儲(chǔ)機(jī)器人的位置。凹形校準(zhǔn)物體的參 考位置Pos 1、Pos 2和Pos 3在本地坐標(biāo)系中基于夾具的初始測(cè)量值確定出。通過使用在 夾具上的其中一個(gè)第二校準(zhǔn)物體能夠容易地自動(dòng)或半自動(dòng)標(biāo)識(shí)出球體10在機(jī)器人坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)。機(jī)器人例如通過柔性伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到不同的取向上以便找到精確位置。通過 機(jī)器人軟件中的內(nèi)置算法計(jì)算出TCP。當(dāng)球體的TCP已知時(shí)，容易基于測(cè)量出的機(jī)器人 位置確定出在機(jī)器人坐標(biāo)系中夾具上的參考位置Pos 1、2和3。在機(jī)器人坐標(biāo)系中參考 點(diǎn)的位置可以與在本地坐標(biāo)系中確定出的參考位置的預(yù)定位置一起使用，以標(biāo)識(shí)出機(jī)器 人坐標(biāo)系和本地坐標(biāo)系之間的關(guān)系。圖4示出本發(fā)明的可替代實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，三個(gè)第二校準(zhǔn)物體30、 31、32在機(jī)器人工作范圍內(nèi)靠近工作物體設(shè)置。每個(gè)校準(zhǔn)物體包括具有兩個(gè)非平行傾斜 表面33、34的溝槽。在該情況中，將單個(gè)定位位置信息減少至線位置信息，并且需要 按照不同方式組合以生成有用的數(shù)據(jù)。一種可能的解決方案是基于每個(gè)溝槽的兩個(gè)表面 確定出一條線。測(cè)量在每個(gè)溝槽上的至少兩個(gè)參考位置，并且計(jì)算出在這些位置之間的 線。在這些表面之間的線可以用來標(biāo)識(shí)工件的顯著部分，并且可以容易地用來標(biāo)識(shí)工件 的正確坐標(biāo)系?；谶@兩個(gè)表面的線通過球體10的兩個(gè)位置測(cè)量值確定出。本地坐標(biāo) 系和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系基于所確定的線確定出。圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的流程圖。將理解，流程圖的每個(gè)方框可以通過 計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)。在下面的示例中，由機(jī)器人承載的第一校準(zhǔn)物體為球體，并且位于機(jī)器人的工 作范圍內(nèi)的三個(gè)第二校準(zhǔn)物體為在圖2a-c中所示包括三個(gè)非平行傾斜表面的類型。首 先，必須確定出球體相對(duì)于機(jī)器人的位置。這意味著，相對(duì)于工具坐標(biāo)系確定出球體的 工具中心點(diǎn)(TCP)。工具坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人的底座坐標(biāo)系是已知的。當(dāng)已經(jīng)確定出球 體的工具中心點(diǎn)時(shí)，球體的TCP在機(jī)器人的底座坐標(biāo)系中是已知的，方框40。通過任意 已知的方法例如前面參照?qǐng)D3所述的方法確定出工具中心點(diǎn)。在校準(zhǔn)開始之前，必須在 本地坐標(biāo)系中確定出所有三個(gè)校準(zhǔn)物體的參考位置，方框42。所述位置例如使用高精度 測(cè)量裝置(如激光跟蹤器、觸摸探針或CMM)在本地坐標(biāo)系中標(biāo)識(shí)出。測(cè)量裝置將標(biāo)識(shí) 出在本地坐標(biāo)系中球體的中心，該球體的直徑與由凹形校準(zhǔn)物體接收的球體10的直徑完
8全相同。優(yōu)選地，提前(即在實(shí)際校準(zhǔn)開始之前)確定出球體相對(duì)于機(jī)器人的位置和參 考位置。球體和機(jī)器人之間的關(guān)系和所測(cè)量出的參考位置存儲(chǔ)在機(jī)器人控制器中。當(dāng)實(shí)際校準(zhǔn)開始時(shí)，使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到靠近其中一個(gè)凹形校準(zhǔn)物體的位置，方框 44。之后，使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使得球體與凹形校準(zhǔn)物體的所有校準(zhǔn)表面接觸，方框46。這 例如可以如下實(shí)現(xiàn)首先使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使得球體與其中一個(gè)表面接觸，然后使機(jī)器人 在不松開與第一表面的接觸的情況下沿著該表面運(yùn)動(dòng)直到該球體與下一個(gè)接觸。之后， 使機(jī)器人在不松開與所述表面的接觸的情況下沿著兩個(gè)表面運(yùn)動(dòng)，直到該球體與第三個(gè) 表面接觸。當(dāng)球體與凹形校準(zhǔn)物體的所有三個(gè)表面接觸時(shí)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)停止并且當(dāng)前的 機(jī)器人位置存儲(chǔ)在機(jī)器人控制器中，方框50。機(jī)器人位置為機(jī)器人的軸線的位置。對(duì)其 他兩個(gè)凹形校準(zhǔn)物體重復(fù)在方框46、48和50中所述的方法步驟。當(dāng)球體與校準(zhǔn)物體的 所有三個(gè)表面接觸時(shí)，該球體處于參考位置，并且該機(jī)器人的位置被讀取并且存儲(chǔ)。當(dāng) 已經(jīng)讀取并存儲(chǔ)所有三個(gè)參考位置的機(jī)器人位置時(shí)，機(jī)器人控制器計(jì)算機(jī)器人坐標(biāo)系和 本地坐標(biāo)系之間的關(guān)系，方框56。首先，基于所測(cè)量出的機(jī)器人位置和球體相對(duì)于機(jī)器 人的位置在機(jī)器人坐標(biāo)系中確定出參考位置。之后，通過普通坐標(biāo)轉(zhuǎn)換基于在機(jī)器人坐 標(biāo)系中確定出的參考位置和在本地坐標(biāo)系中確定出的參考位置計(jì)算出這些坐標(biāo)系之間的 關(guān)系。在該示例中，機(jī)器人坐標(biāo)系為機(jī)器人的底座坐標(biāo)系，并且本地坐標(biāo)系為工件坐 標(biāo)系。機(jī)器人坐標(biāo)系和本地坐標(biāo)系之間的關(guān)系可以用來對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，以便在工件 上進(jìn)行加工。本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方式，而是可以在下面權(quán)利要求的范圍內(nèi)改變和變 化。例如，第二校準(zhǔn)物體可以包括在工件中。這將提供可能以標(biāo)識(shí)出這些工件中的每一 個(gè)，由此減少了對(duì)高精度夾具的需求。在可替代的實(shí)施方式中，能夠在機(jī)器人工作范圍 內(nèi)具有三個(gè)以上的第二校準(zhǔn)物體。在可替代實(shí)施方式中，包括至少兩個(gè)傾斜表面的凹形 校準(zhǔn)物體相對(duì)于機(jī)器人成固定關(guān)系附接，并且成形為球體的多個(gè)凸形校準(zhǔn)物體安置在機(jī) 器人的工作范圍內(nèi)?？梢栽谕獠坑?jì)算機(jī)中進(jìn)行該關(guān)系的計(jì)算。
權(quán)利要求
1.一種確定在位于工業(yè)機(jī)器人(1)的工作范圍內(nèi)的本地坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系之間的 關(guān)系的方法，其中所述方法包括將第一校準(zhǔn)物體(10)與所述機(jī)器人成固定關(guān)系附接， 確定所述第一校準(zhǔn)物體相對(duì)于所述機(jī)器人的位置，將至少三個(gè)第二校準(zhǔn)物體(14，15，16； 30，31，32)定位在所述機(jī)器人的工作范圍 內(nèi)，其中，至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為具有成形為球體的突出部分的凸形校準(zhǔn)物體， 并且至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為包括至少兩個(gè)非平行傾斜表面(20，21，22； 33，34) 的凹形校準(zhǔn)物體，所述至少兩個(gè)非平行傾斜表面(20，21，22； 33，34)布置成接收所述 球體使得所述球體在至少一個(gè)參考位置與所述表面接觸，確定出在所述本地坐標(biāo)系中每個(gè)所述第二校準(zhǔn)物體的至少一個(gè)參考位置，A)使所述機(jī)器人以順應(yīng)方式運(yùn)動(dòng)，直到所述球體與所述凹形校準(zhǔn)物體的表面機(jī)械接觸；B)讀取當(dāng)所述球體與所述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置， 對(duì)另外的所述校準(zhǔn)物體重復(fù)所述步驟A-B，并且基于所述第一校準(zhǔn)物體相對(duì)于所述機(jī)器人的位置、所述第二校準(zhǔn)物體在所述本地坐 標(biāo)系中的參考位置以及當(dāng)所述球體與所述第二校準(zhǔn)物體的所述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器 人的位置，計(jì)算出所述本地坐標(biāo)系與所述機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述表面的傾斜角在20-80°區(qū)間內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體(14，15，16) 包括三個(gè)非平行傾斜表面，所述三個(gè)非平行傾斜表面布置成接收所述球體(10)使得所述 球體在所述參考位置與所有三個(gè)表面接觸。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述球體(10)附接在所述機(jī)器人(1)上，另 外的所述校準(zhǔn)物體(30，31，32)成形為具有兩個(gè)傾斜表面(33，34)的溝槽，并且至少三 個(gè)溝槽位于所述機(jī)器人的工作區(qū)域內(nèi)，使得所述至少三個(gè)溝槽的縱向方向是不平行的， 并且所述方法包括使所述機(jī)器人以順應(yīng)方式運(yùn)動(dòng)，直到所述球體已經(jīng)與在所有三個(gè)溝槽上的兩個(gè)表面 機(jī)械接觸、并且對(duì)于所有三個(gè)溝槽的所述機(jī)器人的位置已經(jīng)被存儲(chǔ)，以及基于當(dāng)所述球體與所述溝槽的表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置計(jì)算出所述本地坐 標(biāo)系與所述機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
5.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述機(jī)器人通過力控制而自動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述機(jī)器人通過柔性伺服系統(tǒng)而自動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
7.—種用于確定位于工業(yè)機(jī)器人(1)的工作范圍內(nèi)的本地坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系之間 的關(guān)系的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括將與所述機(jī)器人成固定關(guān)系附接的第一校準(zhǔn)物體(10)，將安置在所述機(jī)器人的工作范圍內(nèi)的三個(gè)第二校準(zhǔn)物體(14，15，16； 30，31， 32)，其中，至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為具有成形為球體的突出部分的凸形校準(zhǔn)物體， 并且至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為包括至少兩個(gè)非平行傾斜表面(20，21，22； 33，34)的凹形校準(zhǔn)物體，所述至少兩個(gè)非平行傾斜表面(20，21，22； 33，34)布置成接收所述 球體使得所述球體在參考位置與所述表面接觸，以及用于使所述機(jī)器人以順應(yīng)方式運(yùn)動(dòng)直到所述球體與所述凹形校準(zhǔn)物體的表面機(jī)械接 觸的裝置(12)，以及計(jì)算單元(5)，所述計(jì)算單元(5)構(gòu)造成接收和存儲(chǔ)當(dāng)所述球體與所述表面機(jī)械接觸 時(shí)所述機(jī)器人的位置，以及基于所述第一校準(zhǔn)物體與所述機(jī)器人之間的已知關(guān)系、在所 述本地坐標(biāo)系中的所述參考位置以及當(dāng)所述球體與所述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位 置計(jì)算出所述本地坐標(biāo)系與所述機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述表面的傾斜角在20-80°區(qū)間內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中，至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體(14，15，16) 包括三個(gè)非平行傾斜表面(20，21，22)，所述三個(gè)非平行傾斜表面布置成接收所述球體 使得所述球體在所述參考位置與所有三個(gè)表面接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)物體成形為立方體的截頭形內(nèi)角。
11.如權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中，所述球體附接在所述機(jī)器人上，另外的所 述校準(zhǔn)物體成形為具有兩個(gè)傾斜表面的溝槽，并且至少三個(gè)溝槽位于所述機(jī)器人的工作 區(qū)域內(nèi)，使得所述至少三個(gè)溝槽的縱向方向是不平行的。
12.如權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述用于使所述機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的 裝置包括力傳感器(12)和控制單元(5)，所述力傳感器(12)適于測(cè)量在至少兩個(gè)方向上 的力，該力傳感器位于所述第一校準(zhǔn)物體(10)與所述機(jī)器人(1)之間，并且所述控制單 元(5)構(gòu)造成根據(jù)來自所述力傳感器的力測(cè)量值使所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
13.如權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述用于使所述機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的 裝置包括柔性伺服系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求7-13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第二校準(zhǔn)物體(14，15，16; 30，31，32)位于將由所述機(jī)器人加工的工件(2)上、或者位于保持所述工件的夾具(3) 上。
15.如權(quán)利要求1-6所述的方法和如權(quán)利要求7-13所述的系統(tǒng)在確定機(jī)器人坐標(biāo)系與 用于保持將由所述機(jī)器人加工的工件的夾具的坐標(biāo)系之間的關(guān)系中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定在位于工業(yè)機(jī)器人(1)的工作范圍內(nèi)的本地坐標(biāo)系統(tǒng)和機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系的方法和裝置。該方法包括將第一校準(zhǔn)物體(10)與所述機(jī)器人成固定關(guān)系附接，確定所述第一校準(zhǔn)物體相對(duì)于所述機(jī)器人的位置，將至少三個(gè)第二校準(zhǔn)物體(14，15，16)定位在所述機(jī)器人的工作范圍內(nèi)，其中，至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為具有成形為球體的突出部分的凸形校準(zhǔn)物體，并且至少其中一個(gè)所述校準(zhǔn)物體為包括至少兩個(gè)非平行傾斜表面的凹形校準(zhǔn)物體，所述至少兩個(gè)非平行傾斜表面布置成接收所述球體使得所述球體在至少一個(gè)參考位置與所述表面接觸，確定出在所述本地坐標(biāo)系中每個(gè)所述第二校準(zhǔn)物體的參考位置，對(duì)于每個(gè)第二校準(zhǔn)物體，使所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，直到所述球體與所述校準(zhǔn)物體的表面機(jī)械接觸，讀取當(dāng)所述球體與所有表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置，并且基于所述第一校準(zhǔn)物體相對(duì)于所述機(jī)器人的位置、所述第二校準(zhǔn)物體在所述本地坐標(biāo)系中的參考位置以及當(dāng)所述球體與所述第二校準(zhǔn)物體的所述表面機(jī)械接觸時(shí)所述機(jī)器人的位置，計(jì)算出所述本地坐標(biāo)系與所述機(jī)器人坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
文檔編號(hào)B25J9/16GK102015221SQ200880128941
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者彼得·菲克塞爾 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司