基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法

摘要

本发明提出了一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法，属于工业机器人标定技术领域。该方法利用高精度工业相机和Z向激光距离传感器确定基准孔的三维坐标值，以此来确定零组件和工业机器人的相对位置关系，多次循环调整工业机器人直到基准孔附近零组件平面和工业机器人末端刀具垂直角度符合要求，基准孔在相机坐标系中也同时达到预先设定的标准位置，再利用当前基准孔在机器人底座坐标系的坐标值，建立工件坐标系。本发明能够全自动进行基准检测，精度高，效率高，经济实用，操作工序简单易懂。

主权项

一种基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在移动制孔机器人制孔刀具周围布置四个激光距离传感器A、B、C、D和一个相机，相机轴线和移动制孔机器人制孔刀具电主轴轴线平行，相机侧边还安装有一个Z向激光距离传感器；步骤2：利用标定圆盘，通过以下步骤对四个激光距离传感器进行标定，所述标定圆盘由盘身和中心杆组成，中心杆与盘身保证垂直度为90±0.05°：步骤2.1：将移动制孔机器人制孔刀具保持竖直状态，并将中心杆装夹在移动制孔机器人制孔刀具的刀柄上；步骤2.2：调整四个激光距离传感器，使其将激光点均打在标定圆盘盘面上；步骤2.3：移动制孔机器人制孔刀具电主轴沿轴向运动，带动标定圆盘轴向运动，观察四个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹；调整四个激光距离传感器，使四个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹相互平行，且任意三个激光距离传感器在盘面上的激光点运动轨迹不共线；步骤2.4：分别测量计算四个激光距离传感器光轴与标定圆盘盘面的夹角步骤3：轴向调整移动制孔机器人制孔刀具电主轴，使标定圆盘盘面与模拟工作面重合；所述模拟工作面指沿电主轴进给方向的，且与移动制孔机器人制孔刀具中处于缩回状态的压力鼻平面距离为l的平面；l为制孔时，待制孔零组件平面和处于缩回状态的压力鼻平面的距离；测量当前状态下四个激光距离传感器的距离读数s_A，s_B，s_C，s_D，以及Z向激光距离传感器测得的与标定圆盘盘面距离读数s₀；步骤4：在标定圆盘盘面上建立与移动制孔机器人制孔刀具固连的零面坐标系O_bX_bY_bZ_b，并得到四个激光距离传感器在盘面上的激光点在零面坐标系O_bX_bY_bZ_b中的坐标值(x_A，y_A)，(x_B，y_B)，(x_C，y_C)，(x_D，y_D)；零面坐标系原点选择为不包含Z向激光距离传感器的任意一个激光距离传感器在盘面上的激光点，并以该激光点的运动轨迹为O_bY_b轴；O_bX_b轴处于盘面上，且O_bX_b垂直于O_bY_b轴；O_bY_b轴正方向与工具坐标系O_tX_tY_tZ_t的O_tY_t轴正方向夹角为锐角，O_bX_b轴正方向与工具坐标系O_tX_tY_tZ_t的O_tX_t轴正方向夹角为锐角；O_bZ_b轴正方向由O_bY_b轴正方向以及O_bX_b轴正方向按照右手定则确定；所述工具坐标系O_tX_tY_tZ_t与移动制孔机器人制孔刀具末端固连，本步骤中工具坐标系O_tX_tY_tZ_t原点处于模拟工作面上，O_tX_t轴和O_tY_t轴在模拟工作面上，电主轴进给方向为O_tZ_t轴正方向，移动制孔机器人法兰坐标系O_FX_FY_FZ_F的O_FX_F轴正方向在模拟工作面上的投影为O_tX_t轴正方向，O_FY_F轴正方向在模拟工作面上的投影为O_tY_t轴正方向；建立相机坐标系O_vX_vY_vZ_v，相机坐标系O_vX_vY_vZ_v与移动制孔机器人末端执行器固连，本步骤中相机坐标系O_vX_vY_vZ_v原点处于模拟工作面上，电主轴进给方向为O_vZ_v轴正方向，O_vX_vY_v平面与模拟工作面重合；移除标定圆盘；步骤5：移动移动制孔机器人，并通过分析相机拍摄图像，使待制孔零组件上已经打好的基准孔中心与相机视野中心的偏差Δx、Δy满足设定范围要求，且Z向激光距离传感器测得的基准孔距离与标准距离的差值Δz也满足设定范围要求；所述标准距离为步骤3中得到的s₀；步骤6：保持移动制孔机器人末端姿态不变，沿模拟工作面移动移动制孔机器人，使工具坐标系O_tX_tY_tZ_t的原点运动到步骤5完成后得到的相机坐标系的原点位置；并按照以下步骤进行法向调平：步骤6.1：四个激光距离传感器将激光点A'、B'、C'、D'打在待制孔零组件表面，得到四个激光距离传感器的测量距离值s_A’，s_B’，s_C’，s_D’；根据s_A’，s_B’，s_C’，s_D’，步骤2.4得到的以及步骤3得到的s_A，s_B，s_C，s_D，计算得到激光点A'、B'、C'、D'在零面坐标系O_bX_bY_bZ_b的坐标值；步骤6.2：由激光点A'、B'、C'、D'在零面坐标系O_bX_bY_bZ_b的坐标值计算得到四个平面A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D'的法向量，取四个平面A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D'法向量的平均值为待制孔零组件表面法向量n1；步骤6.3：根据法向量n1在零面坐标系O_bX_bY_bZ_b中的坐标，得到法向量n1与O_bZ_b轴的夹角α₁，若α₁在±0.2°范围内，则法向调平结束，进入步骤7，否则根据法向量n1在零面坐标系O_bX_bY_bZ_b中的坐标，得到将零面坐标系O_bX_bY_bZ_b旋转至O_bZ_b轴与法向量n1重合时，O_bX_b轴的旋转角度γ和O_bY_b轴的旋转角度β；按照角度γ和角度β移动移动制孔机器人，使工具坐标系的O_tX_t轴旋转角度γ，O_tY_t轴旋转角度β，并返回步骤6.1；步骤7：保持移动制孔机器人末端姿态不变，沿模拟工作面移动移动制孔机器人，使相机坐标系O_vX_vY_vZ_v的原点运动到步骤6法向调平完成后得到的工具坐标系的原点位置；通过分析相机拍摄图像，判断待制孔零组件上已经打好的基准孔中心与相机视野中心的偏差Δx、Δy是否满足设定范围要求，判断Z向激光距离传感器测得的基准孔距离与标准距离的差值Δz是否也满足设定范围要求；若Δx、Δy、Δz均满足设定范围要求，则以此时相机坐标系原点在机器人底座坐标系中的坐标作为基准孔中心在机器人底座坐标系中的坐标，否则返回步骤5；步骤8：重复步骤5到步骤7，得到所有基准孔中心在机器人底座坐标系中的坐标，根据所有基准孔中心在机器人底座坐标系中的坐标，建立待制孔零组件的实际工件坐标系。