本發(fā)明屬于機械智能加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種機器人砂輪位置標定裝置及標定方法。

背景技術(shù)：

在機器人磨削尤其是機器人精準磨削中，砂輪位置直接影響磨削刀路軌跡生成效率和磨削質(zhì)量，在進行機器人智能磨削加工時，必須先對砂輪位置進行準確標定。傳統(tǒng)標定方法使用頂針在砂輪邊緣標定一定數(shù)目的點，擬合出砂輪的兩個側(cè)面圓來標定砂輪位置，存在頂針無法準確與邊緣點進行點接觸的不足，要求操作者有一定的經(jīng)驗，同時造成標定效率低、精度低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種能夠有效提高砂輪位置標定的效率和精度、降低操作誤差的機器人砂輪位置標定裝置以及相應的標定方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種機器人砂輪位置標定裝置，包括：裝置主體，用于與機器人末端腕部法蘭連接固定，裝置主體具有一個與被標定的砂輪側(cè)面相貼合的平面A，平面A上設有兩個螺紋孔及一個標記點；兩個圓柱體，均垂直于平面A且一一對應安裝于平面A上的兩個螺紋孔內(nèi)，兩個圓柱體的圓柱面之間的距離小于被標定的砂輪的直徑；標記點位于兩個圓柱體的軸線與平面A的兩個交點之間的連線的中點上。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出了一種基于上述機器人砂輪位置標定裝置的標定方法，包括如下步驟：

(1)將兩個圓柱體一一對應裝入兩個螺紋孔，將裝置主體固定在機器人末端腕部法蘭上；

(2)利用四點法示教先對標定點進行標定，獲得標定點相對于機器人的位置；

(3)機器人帶動標定裝置移動，使平面A與砂輪任一側(cè)面貼合，兩個圓柱體的圓柱面與砂輪的圓柱面相切，記錄標定點的位置；調(diào)整機器人姿態(tài)，改變圓柱體的圓柱面與砂輪的圓柱面的相切位置，獲得標定點的四個不同位置；

(4)對獲得的四個標定點坐標進行分析，獲得砂輪軸線與砂輪該側(cè)面交點的坐標和砂輪半徑；

(5)控制機器人帶動標定裝置移動，使標定裝置平面A與砂輪另一側(cè)面貼合，重復步驟(3)和(4)，獲得砂輪軸線與另一砂輪側(cè)面的交點的坐標和砂輪半徑；

(6)對兩次獲得的砂輪半徑取平均值作為砂輪半徑，結(jié)合砂輪軸線與砂輪兩個側(cè)面的兩個交點確定砂輪的位置。

進一步地，步驟(4)中，對獲得的四個標定點坐標進行分析，獲得砂輪軸線與砂輪該側(cè)面交點的坐標和砂輪半徑的方法如下：

設獲得的標定點的四個位置為Pi(Xi，Yi，Zi)，i＝1、2、3、4；

Pi位于以砂輪該側(cè)面和砂輪軸線的交點為圓心所作的一個空間球體上，該空間球體方程為：

(x-a)²+(y-b)²+(z-c)²＝R²

其中，(a,b,c)為球心坐標，R為球半徑，a、b、c、R均為未知數(shù)；

展開得到：

x²+y²+z²-Ax-By-Cz+D＝0

其中，A＝2a，B＝2b，C＝2c，D＝a²+b²+c²-R²；

寫成矩陣形式如下：

求解方程組(1)得到A、B、C、D，從而有：

根據(jù)砂輪、圓柱體和標定點的位置關(guān)系，得砂輪半徑為：

其中，l為兩圓柱體軸線之間的距離，e為圓柱體半徑。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，不再使用頂針標定，改為使用平面A與圓柱配合與砂輪接觸，更加容易判斷是否充分接觸，且比頂針單點接觸更加穩(wěn)定，大大降低了因操作者個人能力、經(jīng)驗等問題造成的操作誤差，有效提高砂輪位置標定的效率和精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的圓柱體示意圖。

圖2為本發(fā)明中的裝置主體示意圖。

圖3為本發(fā)明中的標定裝置組裝示意圖。

圖4為本發(fā)明中的砂輪、圓柱體和標定點的位置關(guān)系示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-圓柱體，11-圓柱體末端螺紋，2-裝置主體，21-螺栓孔，22-螺紋孔，23-標定點，3-砂輪。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明所提供的一種機器人砂輪位置標定裝置，包括裝置主體2(如圖2)和兩個圓柱體1(如圖1)；裝置主體2上設有螺栓孔21，用于通過螺栓與機器人腕部法蘭相連接。裝置主體2具有一個與被標定的砂輪3側(cè)面相貼合的平面A，平面A上設有兩個螺紋孔22及一個標記點23；兩個圓柱體1，均垂直于平面A且一一對應安裝于平面A上的兩個螺紋孔22內(nèi)(如圖3)，兩個圓柱體1的圓柱面之間的距離小于被標定的砂輪3的直徑；標記點23位于兩個圓柱體1的軸線與平面A的兩個交點之間的連線的中點上。

基于上述標定裝置，本發(fā)明標定砂輪3位置的步驟如下：

(1)將兩個圓柱體1末端螺紋11旋入裝置主體2的螺紋孔22，用螺栓將裝置主體2固定在機器人末端腕部法蘭上。

(2)利用四點法示教獲得標定裝置上標定點23的位置。

(3)控制機器人帶動標定裝置移動，使標定裝置的平面A與砂輪3任一側(cè)面貼合，兩個圓柱體1的圓柱面與砂輪3的圓柱面相切，記錄標定裝置上標定點23位置。調(diào)整機器人姿態(tài)，獲得標定點23的四個不同位置。

(4)對獲得的標定點23坐標進行分析運算，獲得砂輪3軸線與砂輪3該側(cè)面交點的坐標和砂輪3半徑。

(5)控制機器人帶動標定裝置移動，使標定裝置平面A與砂輪3另一側(cè)面貼合，重復步驟(3)和(4)，獲得砂輪3軸線與另一砂輪3側(cè)面的交點的坐標和砂輪3半徑。

(6)對兩次獲得的砂輪3半徑取平均值作為砂輪3半徑，結(jié)合砂輪3軸 線與砂輪3兩個側(cè)面的兩個交點確定砂輪3的位置。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種砂輪3位置標定方法，對獲得的標定點23的位置進行分析運算，獲得砂輪3軸線與砂輪3側(cè)面的交點的坐標和砂輪3半徑的步驟為：

設獲得的標定點23的四個位置為Pi，其x，y，z坐標分別為Xi，Yi，Zi，i＝1,2,3,4。從垂直于砂輪3側(cè)面的方向看去，砂輪3、圓柱體1和標定點23的位置關(guān)系如圖4所示。

四個所測標定點23位置位于砂輪3側(cè)面上以砂輪3側(cè)面與軸線交點為圓心的圓上，也位于以砂輪3側(cè)面與軸線交點為球心的球上。

空間中球體方程為

(x-a)²+(y-b)²+(z-c)²＝R²

其中(a,b,c)為球心坐標，R為球半徑；

即：

x²+y²+z²-Ax-By-Cz+D＝0

其中A＝2a，B＝2b，C＝2c，D＝a²+b²+c²-R²；

寫成矩陣形式，得

所測標定點23均位于砂輪3側(cè)面，但會在垂直砂輪3側(cè)面方向上的有微小隨機偏移。偏移量極小，故對圓心、球心位置影響極小，經(jīng)驗證可以忽略。而這種偏移恰使(1)中的系數(shù)矩陣由奇異矩陣變?yōu)榉瞧娈惥仃嚕狗匠探M可解而解出A、B、C、D，從而得到：

即得到砂輪3軸線與側(cè)面交點坐標(a，b，c)。

根據(jù)砂輪3、圓柱體1和標定點23的位置關(guān)系，得砂輪3半徑為：

其中l(wèi)為兩圓柱體1軸線之間的距離，e為圓柱體1半徑。

根據(jù)此方法，結(jié)合步驟(3)、步驟(4)，即可求得平面A分別與砂輪3的兩個相對的側(cè)面接觸時得到的兩個r的值，然后按照步驟(6)得到砂輪3位置。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。