[发明专利]用于确定机器人坐标系与位于机器人工作范围内的本地坐标系之间的关系的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定位于工业机器人工作范围内的本地坐标系与机器人坐标系之间的关系的方法和装置。例如，本发明适于确定在工件坐标系或夹具坐标系与机器人坐标系之间的关系。

背景技术

在机器人安装和机器人室的试运转方面存在的基本问题是标识出机器人相对于将由该机器人加工的工件的关系。机器人意于在工件上进行加工，并且工件位于机器人的工作范围内。在机器人保持将要加工的工件并且工具位于机器人的工作范围内的情况下，也存在同样的问题。在该情况下，必须标识出工具和机器人之间的关系。

工件标识的原因在于要限定出工件中的本地坐标系，这可以用于对机器人进行编程以在工件上进行加工。这种方法的两个主要优点在于：编程将在工件的坐标系中完成，这将让编程人员更好理解。另一种方法是将在机器人底座坐标系中对机器人进行编程。

但是，这对于编程人员来说将不那么容易理解。如果编程在工件坐标系中完成，则如果机器人和工件之间的关系由于某种原因(例如设备移动)而改变的话，编程也将容易重新使用。重新使用将仅仅包括对机器人坐标系和工件坐标系之间的关系进行新的标识。另外，离线生成的程序的使用将以容易且精确的方式受到支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于确定位于机器人工作范围内的本地坐标系与机器人坐标系之间的关系的方法，该方法简单、快捷并且精确。

该目的是由如权利要求1所限定的方法来实现。

这种方法包括：将第一校准物体与所述机器人成固定关系附接，确定所述第一校准物体相对于所述机器人的位置，将至少三个第二校准物体定位在所述机器人的工作范围内，其中至少一个所述校准物体为具有成形为球体的突出部分的凸形校准物体，并且至少一个所述校准物体为包括至少两个非平行倾斜表面的凹形校准物体，所述至少两个非平行倾斜表面布置成用以接收所述球体使得所述球体在至少一个参考位置与所述表面接触，确定出在所述本地坐标系中每个所述第二校准物体的至少一个参考位置，

A)使所述机器人以顺应的方式运动，直到所述球体与所述凹形校准物体的表面机械接触；

B)读取当所述球体与所述表面机械接触时所述机器人的位置，对另一个所述校准物体重复所述步骤A-B，并且基于所述第一校准物体相对于所述机器人的位置、所述第二校准物体在所述本地坐标系中的参考位置以及当所述球体与所述第二校准物体的所述表面机械接触时所述机器人的位置，计算出所述本地坐标系与所述机器人坐标系之间的关系。

本发明支持自动、快速、容易并且精确标识出用于计算所述本地坐标系的位置。该方法适于由机器人自身自动地执行。可以将该机器人编程为将所述第一校准物体移动到所述第二校准物体，并且进一步移动直到所述球体与所述表面机械接触，并且相应地球体位于参考位置。

该机器人设有自搜索能力，例如采用力控制或柔性伺服系统，这使机器人以顺应的方式运动直到所述球体与所述凹形校准物体的所述表面接触。在具有能够方便快捷使用的自动标识功能时，就能够反复标识出在工件和机器人之间的关系，从而寻找出由于温度改变而造成的长期变化以及偏差。根据本发明的该方法对于初始标识关系以及对长期变化和温度漂移保持跟踪和补偿是有用的。

根据本发明，至少一个所述校准物体为具有成形为球体的突出部分的凸形校准物体，并且至少一个所述校准物体为包括至少两个非平行倾斜表面的凹形校准物体，所述至少两个非平行倾斜表面布置成用以接收所述球体使得所述球体在至少一个参考位置与所述表面接触。当所述凸形校准物体与凹形校准物体组合在一起时，它们将以至少两个自由度给出球体关于表面的精确且可重复的位置。校准物体的参考位置限定为当球体与所述凹形校准物体的表面接触时所述球体的位置。在凹形校准物体只具有两个表面的情况中，存在沿着直线设置的多个参考位置。在该情况中，应该测量至少两个参考位置以便确定一条线。在校准物体具有三个非平行倾斜表面的情况中，只存在一个参考位置，并且可以以三个自由度确定球体关于所述凹形校准物体的表面的位置。在该情况下，测量出仅有的一个参考位置就足够了。

因为这些表面是倾斜的，因此减少了所述球体与所述表面接触的可能位置的数量。有利的是，表面的倾斜角在20-80°的区间内，并且优选在30-60°的区间内。如果倾斜角太陡，则测量变得不确定，并且如果倾斜角太平，则难以找到球体与表面接触的位置。

通过确定在本地坐标系中的参考位置以及在机器人坐标系中的参考位置，能够容易确定出机器人坐标系和本地坐标系之间的关系。

第一校准物体例如附接在机器人上或附接在由机器人承载的工具上。