機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)，該機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)包括校準(zhǔn)裝置，該校準(zhǔn)裝置發(fā)射用作十字準(zhǔn)線、在工作接觸點(diǎn)處相交的一對光束投射激光。該校準(zhǔn)裝置還發(fā)射四束平面投射激光，所述四束平面投射激光用于調(diào)節(jié)機(jī)器人工具相對于工作接觸點(diǎn)的橫擺、俯仰、和翻滾。首先，該校準(zhǔn)裝置被放置在工作車間內(nèi)的固定件或工件上的選定位置處。該機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)方法提高了離線編程的準(zhǔn)確性并且減少了機(jī)器人教學(xué)時(shí)間。該機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法更簡單、涉及較低的投資成本、產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)低的操作成本，并且能夠用于工作車間內(nèi)的不同機(jī)器人工具而不必為每個(gè)機(jī)器人工具執(zhí)行校準(zhǔn)。
【專利說明】機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于工業(yè)機(jī)器人的校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法，并且更具體地，涉及用于這樣的工業(yè)機(jī)器人的校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法:該工業(yè)機(jī)器人設(shè)置有用于檢測工作工具和工作位置的視覺傳感器的成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]受到汽車工業(yè)促進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人的銷售現(xiàn)在面臨各種各樣的任務(wù)，例如清潔下水道、檢測炸彈、和執(zhí)行復(fù)雜手術(shù)。隨著汽車、金屬、和電子工業(yè)對增長的促進(jìn)，所銷售的單元的數(shù)量在2010年增加至上一年數(shù)量的兩倍——120，000個(gè)單元。
[0003]現(xiàn)有的校準(zhǔn)機(jī)器人的方法利用在建造機(jī)器人之后測量機(jī)器人的不準(zhǔn)確性的裝置或者在離線編程之前測量相對于機(jī)器人位置的工件位置的裝置。
[0004]一些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)包括:
[0005]美國專利申請公開N0.20090157226 (de Smet)公開了用于機(jī)器人的機(jī)器人單元校準(zhǔn)系統(tǒng)及其外圍設(shè)備。該系統(tǒng)包括附連至機(jī)器人或其外圍設(shè)備并且發(fā)射激光束的發(fā)射器以及同樣在一點(diǎn)處安裝于機(jī)器人或其外圍設(shè)備以允許校準(zhǔn)且用于接收激光束的接收器，并且允許計(jì)算以確定發(fā)射器與接收器之間的尺寸。
[0006]美國專利N0.6，408，252 (de Smet)公開了用于校準(zhǔn)機(jī)器人系統(tǒng)的校準(zhǔn)系統(tǒng)和位移測量裝置。該系統(tǒng)包括與機(jī)器人校準(zhǔn)系統(tǒng)相結(jié)合的線性位移測量裝置。該線性位移測量裝置包括細(xì)長構(gòu)件、滾筒、軸、滾筒位移機(jī)構(gòu)和滾筒旋轉(zhuǎn)傳感器。當(dāng)細(xì)長構(gòu)件移動時(shí)，隨著滾筒旋轉(zhuǎn)，該滾筒在軸上軸向移位。滾筒旋轉(zhuǎn)傳感器提供關(guān)于細(xì)長構(gòu)件行進(jìn)距離的準(zhǔn)確信息。為了校準(zhǔn)機(jī)器人裝置的目的，該位移測量裝置以迭代方式與校準(zhǔn)系統(tǒng)一起使用。
[0007]美國專利N0.6，321，137 (de Smet)公開了用于校準(zhǔn)機(jī)器人檢測系統(tǒng)的方法。該系統(tǒng)用于在生產(chǎn)基礎(chǔ)上檢測工件，以在檢測工件期間保持機(jī)器人的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)包括用于存儲機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型的裝置、用于測量目標(biāo)位置的裝置、并且隨后基于來自數(shù)學(xué)模型的輸入和目標(biāo)位置來校準(zhǔn)機(jī)器人。
[0008]美國專利N0.6，044, 308 (Huissoon)公開了用于相對于工具傳感器裝置來校準(zhǔn)機(jī)器人控制工具的工具接觸點(diǎn)的姿勢的方法，在工具傳感器裝置中，機(jī)器人控制工具附連于機(jī)器人的端點(diǎn)。工具接觸點(diǎn)傳感器相對于參照固定件定位在預(yù)選第二姿勢處，以用于感測工具接觸點(diǎn)的位置。該方法包括將工具傳感器定位成使得參照固定件處于工具傳感器的視場中并且計(jì)算相對于機(jī)器人參照框架的機(jī)器人端點(diǎn)的姿勢、從參照固定件的四個(gè)地形限定特征的感測位置計(jì)算相對于工具傳感器裝置的參照固定件的姿勢、并且從相對于工具接觸點(diǎn)傳感器裝置的工具接觸點(diǎn)的感測位置計(jì)算相對于參照固定件的工具接觸點(diǎn)的位置。
[0009]這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)大體涉及昂貴的設(shè)備和專業(yè)用戶并且是耗時(shí)的。
[0010]本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法的主要目的是提高離線編程的準(zhǔn)確性并且減少機(jī)器人教學(xué)時(shí)間。本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法的另一個(gè)目的是提供相比現(xiàn)有技術(shù)更簡單、具有改進(jìn)的精度、具有較低的投資和操作成本的校準(zhǔn)方法。
[0011]所需的是用于利用工作車間內(nèi)的不同機(jī)器人工具而不必對每個(gè)工具執(zhí)行重新校準(zhǔn)的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法。所需的是不需要額外的計(jì)算機(jī)或軟件來確定機(jī)器人工具的準(zhǔn)確性或外圍設(shè)備的位置的計(jì)算機(jī)工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法，所述的機(jī)器人工具對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法利用現(xiàn)有的白車身(body-1n-white)過程、個(gè)人計(jì)算機(jī)以及在行業(yè)內(nèi)通訊信息的軟件和方式，且需要開展很少的或不需要開展重新培訓(xùn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法解決了這些目的和這些需要。
[0013]本發(fā)明的用于機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置首先被放置在接近機(jī)器人的工作車間內(nèi)的固定件或工件上的選定位置處。
[0014]在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例中，校準(zhǔn)裝置從E形延伸部發(fā)射一對光束投射激光，該E形延伸部從中心框架延伸。光束投射激光用作十字準(zhǔn)線、在工具接觸點(diǎn)處相交。該校準(zhǔn)裝置包括:水平框架構(gòu)件，該水平框架構(gòu)件包括一對相對的框架端；以及豎直框架構(gòu)件，該豎直框架構(gòu)件包括一對相對的框架端。平面投射激光器優(yōu)選地分別布置于每個(gè)框架端處，并且分別從平面投射激光器中的每一個(gè)發(fā)射投射激光平面。平面投射激光器用于調(diào)節(jié)位于工作車間內(nèi)的工具接觸點(diǎn)處的機(jī)器人工具的翻滾、橫擺、和俯仰。
[0015]用于利用校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)機(jī)器人的方法包括以下步驟:
[0016]首先，將發(fā)射器附連至固定件。利用機(jī)器人的校準(zhǔn)控制單元或具有控制接口的膝上型計(jì)算機(jī)，工作接觸點(diǎn)與從校準(zhǔn)裝置發(fā)射的水平光束投射激光對準(zhǔn)。
[0017]利用水平平面投射激光和豎直平面投射激光在翻滾、橫擺和俯仰方面對準(zhǔn)機(jī)器人工具。一旦完成，注意坐標(biāo)并且將該位置設(shè)定為機(jī)器人控制單元或用于控制機(jī)器人的膝上型計(jì)算機(jī)的控制面板中的零位置。該步驟設(shè)定了機(jī)器人將用于其工作路徑的點(diǎn)。在已設(shè)定該點(diǎn)之后，機(jī)器人工作路徑就準(zhǔn)備好被使用。
[0018]現(xiàn)在，測試校準(zhǔn)。如果機(jī)器人不以任何方式碰撞校準(zhǔn)裝置并且完成期望操作，則校準(zhǔn)完成。如果不能實(shí)現(xiàn)，則重復(fù)上述步驟直到工作路徑被正確設(shè)定為止。
[0019]機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)包括校準(zhǔn)裝置。該校準(zhǔn)裝置從E形延伸部發(fā)射一對光束投射激光，該E形延伸部從水平布置的中心框架延伸。光束投射激光用作十字準(zhǔn)線、在工具接觸點(diǎn)處相交。該校準(zhǔn)裝置包括:水平框架構(gòu)件，該水平框架構(gòu)件包括一對相對的框架端；以及豎直框架構(gòu)件，該豎直框架構(gòu)件包括一對相對的框架端。平面投射激光器優(yōu)選地分別布置于每個(gè)框架端處，并且分別從平面投射激光器中的每一個(gè)發(fā)射投射激光平面。平面投射激光器用于調(diào)節(jié)機(jī)器人工具相對于工具接觸點(diǎn)的翻滾、橫擺、和俯仰。
[0020]用于本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第二和第三優(yōu)選實(shí)施例僅包括附連至水平框架端或豎直框架端的兩個(gè)平面投射激光器。如果僅利用兩個(gè)平面投射激光器，則限于利用所述校準(zhǔn)裝置的所述一對平面投射激光器調(diào)節(jié)機(jī)器人工具的翻滾和橫擺、翻滾和俯仰、或橫擺和俯仰。
[0021]用于本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第四優(yōu)選實(shí)施例僅包括附連至校準(zhǔn)裝置的中部的一個(gè)平面投射激光器。激光器頭能夠360度旋轉(zhuǎn)，從而使得機(jī)器人工具能夠首先在X軸上對準(zhǔn)，隨后在激光器頭已旋轉(zhuǎn)之后在y軸上對準(zhǔn)。
[0022]為了完全理解本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法，參照下文對發(fā)明詳細(xì)描述的概述以及以舉例方式示出了本發(fā)明的目前優(yōu)選的實(shí)施例的附圖。由于本發(fā)明能夠在不偏離其基本特性的精神的情況下以多種方式實(shí)施，因此應(yīng)當(dāng)明確理解，附圖僅僅是為了圖示和描述的目的，并且不旨在對本發(fā)明的限制進(jìn)行定義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1示出了本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例，其中兩束光束投射激光用于將工具接觸點(diǎn)與校準(zhǔn)裝置對準(zhǔn)。
[0024]圖2示出了圖1的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例，其中從校準(zhǔn)裝置的末端發(fā)射四束平面投射激光。
[0025]圖3示出了圖1的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例的分解圖，還示出了焊槍，其中焊槍的工具接觸點(diǎn)與兩束光束投射激光對準(zhǔn)。
[0026]圖4示出了圖3的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例的分解圖，還另外示出了從校準(zhǔn)裝置的末端發(fā)射的兩對平面投射激光，以用于調(diào)節(jié)焊槍的工具頭的翻滾、橫擺、和俯仰。
[0027]圖5示出了圖1的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例的組裝圖，還示出了被安裝在固定件上的校準(zhǔn)裝置，其中機(jī)器人工具頭利用工具接觸點(diǎn)與兩束光束投射激光對準(zhǔn)。
[0028]圖6示出了圖5的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例的組裝圖，還示出了用于調(diào)節(jié)機(jī)器人的工具頭的翻滾、橫擺、和俯仰的四束平面投射激光。
[0029]圖7示出了圖1的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第一實(shí)施例的另一個(gè)分解圖，還示出了被安裝于固定件上的校準(zhǔn)裝置，其中機(jī)器人工具與工具接觸點(diǎn)對準(zhǔn)激光以及翻滾、橫擺、和俯仰對準(zhǔn)激光相對準(zhǔn)。
[0030]圖8示出了本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第二優(yōu)選實(shí)施例的組裝圖，沿校準(zhǔn)裝置的水平軸線發(fā)射兩束平面投射激光，一對光束投射激光與工具接觸點(diǎn)相交，機(jī)器人工具與工具接觸點(diǎn)并且與該對水平平面投射激光對準(zhǔn)。
[0031]圖9示出了本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第三優(yōu)選實(shí)施例的組裝圖，沿校準(zhǔn)裝置的豎直軸線發(fā)射兩束平面投射激光，一對光束投射激光與工具接觸點(diǎn)相交，機(jī)器人工具與工具接觸點(diǎn)并且與該對豎直平面投射激光對準(zhǔn)。
[0032]圖10示出了本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置的第四優(yōu)選實(shí)施例，沿校準(zhǔn)裝置的豎直軸線發(fā)射一束平面投射激光，并且光束投射激光在工具接觸點(diǎn)處與豎直平面投射激光中的一束相交。
[0033]圖1lA示出了在不具有圖1的校準(zhǔn)裝置的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例中的用于工作車間內(nèi)的機(jī)器人和固定件，并且圖1lB和IlC示出了類似的機(jī)器人、具有用于本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置的固定件，其中示出了校準(zhǔn)裝置如何以簡化方式來獲得新的零位置并且校準(zhǔn)固定件與機(jī)器人之間的路徑?！揪唧w實(shí)施方式】
[0034]現(xiàn)在參照附圖，圖1和2公開了本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的校準(zhǔn)裝置10的第一優(yōu)選實(shí)施例。校準(zhǔn)裝置10用于基于工具接觸點(diǎn)(空間中的點(diǎn))60來校準(zhǔn)機(jī)器人工具的工作路徑?？臻g中的已知點(diǎn)60以三個(gè)維度(X、Y、和Z)并且相對于其旋轉(zhuǎn)軸線Rx (俯仰)、RY (橫擺)、和& (翻滾)被限定。
[0035]校準(zhǔn)裝置10包括水平框架構(gòu)件22和豎直框架構(gòu)件24，水平框架構(gòu)件22包括一對相對的框架端32A和32B，豎直框架構(gòu)件24包括一對相對的框架端32C和32D。平面投射激光器41，42，43和44優(yōu)選地分別布置于每個(gè)框架端32A，32B, 32C和32D處，并且分別從平面投射激光器41，42，43和44發(fā)射投射激光平面51，52，53和54。
[0036]三個(gè)臂平行件沿水平框架構(gòu)件22延伸，所述三個(gè)臂平行件組合以形成方形的“E形”結(jié)構(gòu)25，該方形的“E形”結(jié)構(gòu)25水平對準(zhǔn)并且相對于水平框架構(gòu)件22和豎直框架構(gòu)件24大體居中布置。E形結(jié)構(gòu)25的中心臂(未編號)比兩個(gè)端臂26A和26B短。
[0037]從布置于校準(zhǔn)裝置10的大致中心處的“E形”結(jié)構(gòu)25的縮短的中心臂發(fā)射第一光束投射激光58。從E形結(jié)構(gòu)25的臂中的一個(gè)26A發(fā)射第二光束投射激光56并且將該第二光束投射激光56引導(dǎo)至相對的臂26B。
[0038]第一光束投射激光58在空間中的已知點(diǎn)60處與第二光束投射激光56相交并且與其基本垂直和共面，該空間中的已知點(diǎn)60根據(jù)X、Y、和Z坐標(biāo)以三個(gè)維度被限定。
[0039]由于在圖2中所示的優(yōu)選實(shí)施例中，“E形”結(jié)構(gòu)25定位在水平框架構(gòu)件22和豎直框架構(gòu)件24的中心處，因此激光束58與從框架端32A和32B由平面投射激光器41和42發(fā)射的兩個(gè)投射激光平面51和52基本共面。類似地，光束投射激光58與從框架端32C和32D由平面投射激光器43和44發(fā)射的兩個(gè)投射激光平面53和54基本共面。校準(zhǔn)裝置10可安裝于固定件90上并且使得能夠相對于空間中的已知點(diǎn)60來校準(zhǔn)機(jī)器人工作路徑。
[0040]平面投射激光器41，42，43和44分別從校準(zhǔn)裝置10的框架端32A，32B, 32C和32D投射四個(gè)投射激光平面51，52，53和54。平面投射激光器41，42，43和44是具有聚焦線(3.5v?4.5vl6mm5mw)的紅色激光模塊。
[0041]光束投射激光56和58是投射從校準(zhǔn)裝置10的臂26A發(fā)射的兩束激光束的可聚焦點(diǎn)。光束投射激光56和58是具有可聚焦點(diǎn)(3.5v?4.5vl6mm5mw)的紅色激光模塊。
[0042]圖3示出了用于與焊槍一起使用的校準(zhǔn)裝置10的分解圖。焊槍的工具接觸點(diǎn)60與兩束光束投射對準(zhǔn)激光56和58對準(zhǔn)。圖4還另外示出了分別來自平面投射激光器41，42，43和44的四個(gè)投射激光平面51，52，53和54，以用于調(diào)節(jié)機(jī)器人工具頭80的翻滾、橫擺、和俯仰。
[0043]圖5示出了被安裝在固定件90上的校準(zhǔn)裝置10。機(jī)器人工具頭80利用工具接觸點(diǎn)60與兩束光束投射激光56和58對準(zhǔn)。圖6還示出了分別來自工件10的平面投射激光器41，42，43和44的四個(gè)投射激光平面51，52，53和54，所述四個(gè)投射激光平面51，52，53和54用于調(diào)節(jié)機(jī)器人工具頭80的翻滾、橫擺、和俯仰。
[0044]圖7示出了被安裝在固定件90上的校準(zhǔn)裝置10，其中機(jī)器人工具80與設(shè)定X、Y、和Z坐標(biāo)的工具接觸點(diǎn)60對準(zhǔn)激光束56和58對準(zhǔn)。
[0045]圖8示出了用于本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)裝置110的第二優(yōu)選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，沿校準(zhǔn)裝置110的框架構(gòu)件32的水平軸線分別從兩個(gè)平面投射激光器41和42發(fā)射兩個(gè)投射激光平面51和52。機(jī)器人工具80與工具接觸點(diǎn)60并且與該對投射激光平面51和52對準(zhǔn)。
[0046]圖9示出了用于本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)裝置210的第三優(yōu)選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，沿校準(zhǔn)裝置210的框架構(gòu)件24的豎直軸線從兩個(gè)平面投射激光器43和44發(fā)射兩個(gè)投射激光平面53和54。機(jī)器人工具80與工具接觸點(diǎn)60并且與該對投射激光平面53和54對準(zhǔn)。
[0047]圖10示出了用于本發(fā)明的機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)裝置310的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，沿校準(zhǔn)裝置310的豎直軸線從平面投射激光器43發(fā)射一束平面投射激光51。光束投射激光56在工具接觸點(diǎn)60處與豎直平面投射激光53相交。平面投射激光器51具有能夠旋轉(zhuǎn)360°的旋轉(zhuǎn)頭，從而使得機(jī)器人工具能夠首先在X軸上對準(zhǔn)，接著在激光器頭旋轉(zhuǎn)之后在y軸上對準(zhǔn)。
[0048]圖1lA示出了在不具有本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例中用于工作車間內(nèi)的機(jī)器人81和固定件90。圖1lB和IlC示出了類似的機(jī)器人81和具有校準(zhǔn)裝置10的固定件90，其中示出了校準(zhǔn)裝置10如何以簡化的方式用于獲得新的零位置以及對固定件90與機(jī)器人81之間的路徑進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0049]利用CAD仿真軟件，CAD用戶選擇工具上最適于避免與其它工具碰撞并且機(jī)器人81或臂端工具易于接近的放置位置。接著相對于校準(zhǔn)裝置10下載離線程序。校準(zhǔn)裝置10隨后被放置于工具或工件上、工作車間內(nèi)由CAD用戶限定的位置處。機(jī)器人技術(shù)人員接著操縱機(jī)器人工具80的工具接觸點(diǎn)60進(jìn)入裝置中并且使工具接觸點(diǎn)60與光束投射激光56和58對準(zhǔn)，以獲得CAD世界與工作車間之間的差值。該差值接著被輸入機(jī)器人81并且用于限定新的校準(zhǔn)裝置10。該步驟對離線程序進(jìn)行校準(zhǔn)并且限定了工具、固定件、和外圍設(shè)備的距離和取向。
[0050]校準(zhǔn)裝置10位于固定件90上時(shí)的離線編程使得校準(zhǔn)裝置10能夠被修改成相對于機(jī)器人81的固定件90的“真實(shí)世界位置”。如果固定件90可能需要移動或被意外沖撞，則僅僅修改校準(zhǔn)裝置10并且整個(gè)路徑偏移以使其適應(yīng)。
[0051]本發(fā)明的機(jī)器人工作單元校準(zhǔn)方法與機(jī)器人仿真程序包兼容，其中包括但不限于ROBCAD> Process Simulate、DELMIA、Roboguide 和 RobotStudio CAD 軟件。
[0052]光束投射激光56和58以及投射激光平面51，52，53和54被投射到機(jī)器人工具80的已知特征上，并且隨后被用于校準(zhǔn)機(jī)器人工具80的路徑并且測量固定件90相對于機(jī)器人工具80的關(guān)系。
[0053]CAD用戶首先在工具或工件上選擇最適于避免與其它工具碰撞并且機(jī)器人或臂端工具易于接近的位置。校準(zhǔn)裝置10優(yōu)選地利用標(biāo)準(zhǔn)NAMM穿孔圖案安裝件(hole patternmount) 40安裝在固定件90上。所述安裝件是激光切口，以保證用于安裝部件的孔尺寸的精確匹配。
[0054]本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置10具有零點(diǎn)、零參照框架、和空間中的零理論框架，該空間中的零理論框架位于固定件90上。
[0055]校準(zhǔn)裝置10被放置在固定件90上，從而在視覺上使得焊槍的工具接觸點(diǎn)能夠定向到校準(zhǔn)裝置10中，從而獲得機(jī)器人工具80與固定件90的“真實(shí)世界”關(guān)系，同時(shí)將校準(zhǔn)裝置10更新至該“真實(shí)世界”位置。[0056]本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)需要校準(zhǔn)裝置10的位置與機(jī)器人工具80的位置相關(guān)，以校準(zhǔn)機(jī)器人工具80的路徑，同時(shí)獲取固定件90相對于機(jī)器人工具80的“真實(shí)世界”距離和取向。
[0057]機(jī)器人工作對象校準(zhǔn)方法將機(jī)器人工具80與校準(zhǔn)裝置10定位，并確定差值。
[0058]本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)方法用于校準(zhǔn)“已知的”校準(zhǔn)裝置或框架(機(jī)器人仿真CAD軟件所提供的校準(zhǔn)裝置)。本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)方法通過將激光束投射到已知的X、Y、和Z位置以及限定用于調(diào)節(jié)機(jī)器人工具80相對于工具接觸點(diǎn)60的翻滾、橫擺、和俯仰的已知幾何平面來工作。
[0059]在用戶操縱機(jī)器人，使之臂端工具進(jìn)入這些激光器中以獲得“已知的”離線程序(仿真所提供的校準(zhǔn)裝置)與實(shí)際的(工作車間)校準(zhǔn)裝置之間的位置差值的情況下，將激光投射到機(jī)器人臂工具(焊槍、材料處理器、mig焊炬等)的機(jī)器人端上。反之亦然一例如，材料處理器機(jī)器人能夠攜帶校準(zhǔn)裝置10到達(dá)具有已知特征的已知的工件。
[0060]校準(zhǔn)裝置10的CAD模型被放置于機(jī)器人仿真CAD世界中。CAD用戶選擇工具或工件上最適于避免與其它工具碰撞并且易于機(jī)器人或臂端工具接近的位置。
[0061]接著相對于該校準(zhǔn)裝置10下載離線程序。校準(zhǔn)裝置10將被放置在工具或工件上、位于由CAD用戶限定在工作車間內(nèi)的位置處。機(jī)器人技術(shù)人員隨后操縱工具接觸點(diǎn)60進(jìn)入該裝置中，使其與激光束對準(zhǔn)以獲得CAD世界與工作車間之間的差值。該差值隨后被輸入機(jī)器人并且被用于限定新的校準(zhǔn)裝置，因此對離線程序進(jìn)行校準(zhǔn)并且限定工具、固定件、外圍設(shè)備、和其它關(guān)鍵部件的距離和取向。
[0062]本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)方法對機(jī)器人81的路徑進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)涉及機(jī)器人外圍設(shè)備的校準(zhǔn)。
[0063]本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法中所采用的激光平面產(chǎn)生
系統(tǒng)是本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的-例如見名稱為“Laser Plane Generator Having
Self-Calibrating Levelling System” 的美國專利 5，689，330 (Gerard 等人)；以及名稱為 “Laser System for Generating a Reference Plane” 的美國專利 6，314，650 (Falb)。
[0064]本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法有助于機(jī)器人系統(tǒng)的配套(kitting)或反向工程，以用于未來結(jié)合機(jī)器人仿真軟件使用，從而允許積分器具有將其仿真CAD文件升級為“真實(shí)世界”位置的能力。
[0065]該技術(shù)利用現(xiàn)有的白車身過程、個(gè)人計(jì)算機(jī)以及在行業(yè)內(nèi)傳輸信息的軟件和方式。
[0066]在該申請中，通過編號和發(fā)明人引用多個(gè)專利和申請。這些文件的公開由此通過引用整體結(jié)合到本說明書中，以便更全面地描述本發(fā)明所屬的領(lǐng)域的狀態(tài)。
[0067]顯然，根據(jù)本文中的公開，本發(fā)明的機(jī)器人工作對象單元校準(zhǔn)裝置、系統(tǒng)、和方法的多種備選方式、改型、和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。期望本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是由上文說明書的語言確定，并且期望形成結(jié)合協(xié)作的等同形式的所有的這種備選方式、改型、和變型被包括在這些權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
[0068]附圖標(biāo)記列表
[0069]10.校準(zhǔn)裝置(第一優(yōu)選實(shí)施例)
[0070]22.水平框架構(gòu)件[0071]24.豎直框架構(gòu)件
[0072]25.E 形結(jié)構(gòu)
[0073]26A 和 26B.臂
[0074]32A.框架左端(水平)
[0075]32B.框架右端(水平)
[0076]32C.框架上端(豎直)
[0077]32D.框架下端(豎直)
[0078]40.NAMM 安裝件
[0079]41.來自水平框架左側(cè)的平面發(fā)射激光器
[0080]42.來自水平框架右側(cè)的平面發(fā)射激光器
[0081]43.來自上部豎直框架的平面發(fā)射激光器
[0082]44.來自下部豎直框架的平面發(fā)射激光器
[0083]51.來自平面發(fā)射激光器(41)的投射激光平面
[0084]52.來自平面發(fā)射激光器(42 )的投射激光平面
[0085]53.來自平面發(fā)射激光器(43 )的投射激光平面
[0086]54.來自平面發(fā)射激光器(44)的投射激光平面
[0087]56.來自臂(26A)的激光束
[0088]58.來自“E”的中心處的激光束
[0089]60.工具接觸點(diǎn)
[0090]80.機(jī)器人工具
[0091]81.機(jī)器人
[0092]82.機(jī)器人關(guān)節(jié)
[0093]85A和85B.機(jī)器人連桿
[0094]87.機(jī)器人基底
[0095]90.固定件
[0096]110.第二校準(zhǔn)裝置
[0097]210.第三校準(zhǔn)裝置
[0098]310.第四校準(zhǔn)裝置
【權(quán)利要求】
1.一種校準(zhǔn)機(jī)器人工具的工作路徑的裝置，所述校準(zhǔn)裝置具有框架，所述框架在使用中發(fā)射第一光束投射激光和第二光束投射激光，所述第一光束投射激光在空間中的已知點(diǎn)處與所述第二光束投射激光相交，所述框架在使用中發(fā)射至少兩束平面投射激光； 由此所述框架能夠安裝在固定件上并且使得所述機(jī)器人工作路徑能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)被校準(zhǔn)；并且 由此所述至少兩束平面投射激光使得能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)調(diào)節(jié)所述機(jī)器人工具的角位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)裝置，其中所述框架包括四個(gè)平面投射激光器，所述平面投射激光器中的每一個(gè)都發(fā)射投射平面激光，所述平面投射激光器使得能夠?qū)λ鰴C(jī)器人工具的橫擺、俯仰、和翻滾進(jìn)行所述調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)裝置，其中所述框架能夠向內(nèi)和向外調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)裝置，其中所述框架端能夠樞轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
5.一種校準(zhǔn)機(jī)器人工具的工作路徑的裝置，所述校準(zhǔn)裝置具有框架，所述框架在使用中發(fā)射第一光束投射激光和第二光束投射激光，所述第一光束投射激光在空間中的已知點(diǎn)處與所述第二光束投射激光相交，所述框架在使用中發(fā)射至少四束平面投射激光； 由此所述框架能夠安裝在固定件上并且使得所述機(jī)器人工作路徑能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)被校準(zhǔn)；并且 由此所述至少四束平面投射 激光使得能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)對所述機(jī)器人工具的橫擺、俯仰、和翻滾進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的校準(zhǔn)裝置，其中所述框架能夠向內(nèi)和向外調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的校準(zhǔn)裝置，其中所述框架端能夠樞轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
8.一種裝置，所述裝置具有框架，所述框架在使用中發(fā)射至少平面投射激光，所述框架包括從其延伸的臂，從所述臂發(fā)射第一光束投射激光，所述第一光束投射激光在空間中的已知點(diǎn)處與所述平面投射激光相交，從所述框架發(fā)射所述另一束激光； 由此所述校準(zhǔn)裝置能夠被安裝在固定件上并且使得機(jī)器人工作路徑能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)被校準(zhǔn)。
9.一種用于校準(zhǔn)機(jī)器人工作路徑的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置能夠安裝在固定件上，所述校準(zhǔn)裝置具有框架，所述框架在使用中發(fā)射第一光束投射激光和第二光束投射激光，所述第一光束投射激光在空間中的已知點(diǎn)處與所述第二光束投射激光相交，所述框架在使用中發(fā)射至少兩束平面投射激光，所述校準(zhǔn)裝置使得所述機(jī)器人工作路徑能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)被校準(zhǔn)；以及 機(jī)器人工具，所述機(jī)器人工具在所述空間中的已知點(diǎn)處與所述裝置對準(zhǔn)，當(dāng)所述校準(zhǔn)裝置能夠安裝在固定件上時(shí)，為所述機(jī)器人工具校準(zhǔn)機(jī)器人工作路徑，所述至少兩束平面投射激光使得能夠關(guān)于至少兩個(gè)平面相對于所述空間中的已知點(diǎn)對所述機(jī)器人工具的角位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述兩個(gè)平面從翻滾、橫擺、和俯仰中選擇。
10.一種用于校準(zhǔn)機(jī)器人工作路徑的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置能夠安裝在固定件上，所述校準(zhǔn)裝置具有框架，所述框架在使用中發(fā)射第一光束投射激光和第二光束投射激光，所述第一光束投射激光在空間中的已知點(diǎn)處與所述第二光束投射激光相交，所述框架在使用中發(fā)射至少四束平面投射激光，所述校準(zhǔn)裝置使得所述機(jī)器人工作路徑能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)被校準(zhǔn)；以及 機(jī)器人工具，所述機(jī)器人工具在所述空間中的已知點(diǎn)處與所述裝置對準(zhǔn)，當(dāng)所述校準(zhǔn)裝置能夠安裝在固定件上時(shí)，為所述機(jī)器人工具校準(zhǔn)機(jī)器人工作路徑，所述至少四束平面投射激光使得能夠相對于所述空間中的已知點(diǎn)對所述機(jī)器人工具的橫擺、俯仰、和翻滾進(jìn)行調(diào)節(jié)。
11.一種用于校準(zhǔn)機(jī)器人工作路徑的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置能夠安裝在固定件上，所述校準(zhǔn)裝置具有框架，所述框架在使用中發(fā)射至少第一平面投射激光，所述框架包括從其延伸的臂，從所述臂發(fā)射光束投射激光，所述光束投射激光在空間中的已知點(diǎn)處與所述平面投射激光相交； 機(jī)器人工具，所述機(jī)器人工具在所述空間中的已知點(diǎn)處與所述裝置對準(zhǔn)，當(dāng)所述裝置能夠安裝在固定件上時(shí)為所述機(jī)器人工具校準(zhǔn)機(jī)器人工作路徑。
12.—種部署校準(zhǔn)裝置來校準(zhǔn)工作車間內(nèi)的機(jī)器人的方法，所述機(jī)器人具有外圍設(shè)備，所述外圍設(shè)備包括固定件和機(jī)器人工具，所述校準(zhǔn)裝置發(fā)射四束平面投射激光和兩束光束投射激光，所述光束投射激光在工具接觸點(diǎn)處相交，所述校準(zhǔn)方法包括: a.相對于所述固定件或工件上的選定位置放置所述校準(zhǔn)裝置，所述固定件或工件定位于工作車間內(nèi)； b.在所述工作車間內(nèi)，定位用于所述光束投射激光和所述平面投射激光的所述工具接觸點(diǎn)； c.在所述工作車間內(nèi)，操縱所述機(jī)器人工具相對于所述光束投射激光和所述平面投射激光與所述工具接觸點(diǎn)對準(zhǔn)；以及 d.利用所述多束平面投射激光來調(diào)節(jié)所述機(jī)器人工具的翻滾和橫擺、翻滾和俯仰、橫擺和俯仰或者翻滾、橫擺和俯仰。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的校準(zhǔn)方法，其中所述裝置利用NAMM孔圖案安裝件定位在所述固定件上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的校準(zhǔn)方法，其中所述操縱所述機(jī)器人工具與所述工具接觸點(diǎn)對準(zhǔn)利用所述機(jī)器人的校準(zhǔn)控制單元或者具有控制接口的膝上型電腦。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的校準(zhǔn)方法，其中所述工具接觸點(diǎn)由兩束光束投射激光的交點(diǎn)限定。
16.一種部署校準(zhǔn)裝置來校準(zhǔn)工作車間內(nèi)的機(jī)器人的方法，所述機(jī)器人具有外圍設(shè)備，所述外圍設(shè)備包括固定件和機(jī)器人工具，所述裝置發(fā)射至少兩束光束投射激光和多束平面投射激光，所述裝置激光在工具接觸點(diǎn)處相交，所述校準(zhǔn)方法包括: e.相對于所述固定件或工件上的選定位置來放置所述校準(zhǔn)裝置，所述固定件或工件定位于工作車間內(nèi)； a.在所述工作車間內(nèi)，相對于所述裝置定位所述工具接觸點(diǎn)； b.在所述工作車間內(nèi)，操縱所述機(jī)器人工具與用于所述光束投射激光和所述平面投射激光的所述工作接觸點(diǎn)對準(zhǔn)；以及 c.利用所述多束平面投射激光來調(diào)節(jié)所述機(jī)器人工具的翻滾和橫擺、翻滾和俯仰、或橫擺和俯仰。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的校準(zhǔn)方法，其中所述裝置利用NAMM孔圖案安裝件定位在所述固定件上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的校準(zhǔn)方法，其中所述操縱所述機(jī)器人工具與所述工具接觸點(diǎn)對準(zhǔn)利用所述機(jī)器人的校準(zhǔn)控制單元或具有控制接口的膝上型計(jì)算機(jī)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的校準(zhǔn)方法，其中所述校準(zhǔn)裝置包括四個(gè)平面投射激光器。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的校準(zhǔn)方法，其中所述工具接觸點(diǎn)由兩束光束投射激光的交點(diǎn)來限定。
21.—種部署校準(zhǔn)裝置來校準(zhǔn)工作車間內(nèi)的機(jī)器人的方法，所述機(jī)器人具有外圍設(shè)備，所述外圍設(shè)備包括固定件和機(jī)器人工具，所述裝置發(fā)射至少一束光束投射激光和至少一束平面投射激光，所述激光在工具接觸點(diǎn)處相交，所述校準(zhǔn)方法包括: f.相對于所述固定件或工件上的選定位置來放置所述校準(zhǔn)裝置，所述固定件或工件定位在工作車間內(nèi)； a.在所述工作車間內(nèi)，相對于所述校準(zhǔn)裝置來定位所述工具接觸點(diǎn)； b.在所述工作車間內(nèi)，操作所述機(jī)器人工具與用于所述激光的所述工具接觸點(diǎn)對準(zhǔn)；以及 c.利用所述多束平面投射激光來調(diào)節(jié)所述機(jī)器人工具的翻滾和橫擺、翻滾和俯仰、或者橫擺和俯仰。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的校準(zhǔn)方法，其中所述操作所述機(jī)器人工具與所述工具接觸點(diǎn)對準(zhǔn)利用所述機(jī)器人的校準(zhǔn)控制單元或具有控制接口的膝上型電腦。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所`述的校準(zhǔn)方法，其中所述校準(zhǔn)裝置利用標(biāo)準(zhǔn)的NAMM孔圖案安裝件安裝在所述固定件上。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的校準(zhǔn)方法，其中所述工具接觸點(diǎn)由兩束光束投射激光的交點(diǎn)來限定。
【文檔編號】B25J19/00GK103442858SQ201280012999
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月14日
【發(fā)明者】馬修·E·特龍佩特 申請人:馬修·E·特龍佩特