[发明专利]一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置及其方法

权利要求书

1.一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置，包括工业相机(5)、机器人，其特征在于，所述的机器人包括机器人法兰盘(7)，所述的机器人法兰盘(7)上方为法兰盘坐标系xy平面(7-1)，所述的法兰盘坐标系xy平面(7-1)上方设置有夹具(6)，在夹具(6)的末端倾斜放置工业相机(5)；所述的夹具(6)上安装有刀具(3)，刀具(3)的轴线与法兰盘坐标系xy平面(7-1)的z轴重合或平行；在刀具(3)的四周分布四个激光测距传感器(4)；在所述的机器人法兰盘(7)上方还通过连接轴(2)安装有标定板(1)，所述的标定板(1)包括与法兰盘(7)相对的标定板工作面(1-1)、标定板(1)四顶角设置的标定板上定位孔(1-2)、标定板上九孔阵列(1-3)；所述的标定板工作面(1-1)与法兰盘坐标系xy平面(7-1)平行，所述的刀具(3)的轴线穿过标定板上九孔阵列(1-3)区域且激光测距传感器(4)的激光线(4-1)在标定板工作面(1-1)上的靶点均布在刀具轴线四周；所述的工业相机(5)的相机光轴(5-1)穿过标定板上九孔阵列(1-3)区域。

2.根据权利要求1所述的一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置，其特征在于，所述的连接轴(2)平行于刀具(3)，并且安装在夹具(6)上。

3.根据权利要求1所述的一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置，其特征在于，所述的标定板(1)、连接轴(2)是可拆卸的。

4.一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置的补偿方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、将工业相机(5)倾斜角度安装于机器人末端，将四个激光测距传感器(4)安装在刀具(3)四周，将标定板(1)通过刚性连接轴(2)安装在机器人法兰盘(7)上方；

步骤二、通过外部测量设备三维光学测量仪或激光跟踪仪获得标定板九孔阵列在法兰坐标系下的位置，使用工业相机(5)拍摄标定板上九孔阵列(1-3)图像，计算标定板工作面(1-1)与工业相机(5)的成像平面之间的单应矩阵，以获得的单应矩阵表征手眼关系；完成手眼标定工作后拆除标定板(1)与刚性连接轴(2)；

步骤三、利用外部测量设备三维光学测量仪或激光跟踪仪标定四个传感器在法兰坐标系下的位置；

步骤四、按照基准孔理论坐标^Rd_tj,j＝1,2,K,n,其中，d表示基准孔坐标，上标R表示机器人基坐标系下坐标，下标t表示坐标理论值；驱动机器人带动刀具(3)到达基准孔(9)上方，刀具(3)与基准孔(9)间高度h由刀具长度和预留安全距离决定，利用激光测距传感器(4)和工业相机(5)进行调整测量；

步骤五、对一组基准孔重复步骤四，测量完一组基准孔中全部基准孔的实际驱动坐标^Rd_pj,j＝1,2,K,n，其中，d表示基准孔坐标，上标R表示机器人基坐标系下坐标，下标p表示坐标实际值，利用实际驱动坐标^Rd_pj,j＝1,2,K,n与理论驱动坐标^Rd_tj,j＝1,2,K,n之间的映射关系，计算三维误差变换矩阵计算；

步骤六、利用步骤五获得的三维误差变换矩阵，对一组基准孔邻域范围内的全部待钻孔(10)的驱动坐标^Rr_t进行重新计算，其中，r表示待钻孔坐标，上标R表示机器人基坐标系下坐标，下标t表示坐标理论值，以新的驱动坐标^Rr_a驱动机器人到达待钻孔(10)，其中，上标R表示机器人基坐标系下坐标，下标a表示坐标预测值，完成对待钻孔的误差补偿。

5.根据权利要求4所述的一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置的补偿方法，其特征在于，所述的步骤一具体为：

1.1、标定板(1)位置调整至使标定板工作面(1-1)距法兰盘坐标系xy平面(7-1)之间距离为h高度，且刀具(3)的轴线能够穿过标定板(1)上的九孔阵列(1-3)区域；

1.2、工业相机(5)角度调整至使其光轴能够通过标定板上九孔阵列(1-3)区域；

1.3、激光测距传感器(4)位置及角度调整至使激光点能均布在刀具轴线与制孔工作面的交点四周。