專利名稱：用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的方法和設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的方法和設備，該工業(yè)機器人系統(tǒng)包括至少一個機器人，其具有第一機器人坐標系并構(gòu)造成加工工件；以及定位器，其適于在機器人加工工件的同時保持工件并通過使工件繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而改變工件的定向。
背景技術(shù)：
工業(yè)機器人是在許多不同工業(yè)應用中用于很多種操作的高度靈活性的設施。機器人被編程以遵循包括多個目標點的路徑。機器人程序包括限定編程路徑的目標點的位置。 用以編程機器人的常規(guī)方法是通過將機器人的TCP (工具中心點)沿路徑手動運動到目標點，并存儲對應于每個目標點的機器人位置來向機器人教導路徑。針對于每個機器人工具限定TCP。在基本機器人系統(tǒng)中，目標點的位置相對于機器人坐標系編程。但是，如果機器人不得不更換，則新的機器人必須放置在與初始機器人確切相同的位置中，或者新的機器人必須進行再編程。通過相對于關(guān)于固定器限定的局部坐標系限定路徑一該固定器保持將由機器人加工的工件，只要能夠相對于機器人坐標系限定固定器坐標系，則路徑相對于工件的精確度將不取決于機器人相對于固定器的位置。固定器坐標系可由三個參考點限定。參考點可通過將機器人的TCP，工具中心點，手動慢移到每一個參考點來限定。在弧焊機器人的情況下，TCP限定為焊條端頭。代替將TCP手動慢移到參考點的是，其經(jīng)常限定為自動搜索的結(jié)果。在弧焊機器人的情況下，常用搜索方法是在焊條端頭與工件之間設置電壓。隨著TCP向工件內(nèi)插，當發(fā)現(xiàn)電流從焊槍端頭流到工件時，檢測到實體接觸。當檢測到接觸時，機器人停止。另一種搜索方法以與上述例子中相同的方式使用電接觸，但是不是以焊槍焊條端頭觸碰工件，而是使附接到焊槍上的工具球與固定在工件或固定器上的多個工具球接觸。通過向固定的工具球執(zhí)行幾個搜索，測量到附接到焊槍上的球觸碰固定的球的多個位置，由此能夠計算固定的工具球的中心。例如在弧焊中，普遍的是將保持工件的固定器以一個或多個自由度安裝在定位器上，以實現(xiàn)以最佳焊接角度接近工件。在機器人加工工件的同時，定位器適于通過繞一個或多個軸線旋轉(zhuǎn)工件而改變工件的定向。典型的定位器包括馬達、齒輪箱、旋轉(zhuǎn)盤和適于固定地保持一個或多個工件的固定器。固定器與旋轉(zhuǎn)盤牢固地連接，并繞由馬達致動的旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)。這種情況下，相對于關(guān)于定位器的旋轉(zhuǎn)盤限定的物體坐標系編程機器人路徑上的目標點。如果由于某種原因不得不更換機器人或定位器，則必需重新標定機器人相對于定位器的位置，以便能夠使用同一機器人程序，而不必調(diào)整目標點。另外，如果定位器具有兩個或更多工位---每個工位具有其自身固定器，并且機器人在每個工位上正執(zhí)行相同的任務，則能夠通過標定用于每個工位的獨一的坐標系來在所有工位處使用相同的機器人程序。機器人的編程是一個耗時的過程，并且在編程和教導過程期間使用機器人的常規(guī)方法占用了生產(chǎn)設施并推遲了生產(chǎn)的開始。為了節(jié)省時間并加快生產(chǎn)的開始，所希望的是離線編程機器人。通常地，這通過由離線編程工具進行的圖形模擬來進行。編程工具包含用于基于圖形模型一例如CAD模型一產(chǎn)生機器人、定位器和機器人單元中的作業(yè)物體的圖形3D表示體的圖形部件。編程工具還包含用于教導路徑的目標點的圖形裝置。圖形模擬提供一種用于編程和形象化工業(yè)機器人的自然和容易的方法。在包括機器人和定位器的機器人系統(tǒng)的離線編程期間，目標點的位置相對于標稱物體坐標系被限定，該標稱物體坐標系進而相對于標稱定位器坐標系被限定，該標稱定位器坐標系進而相對于機器人的基礎坐標系被限定。標稱坐標系是由離線編程系統(tǒng)的圖形布局限定的理想坐標系。一般地，定位器坐標系相對于定位器的旋轉(zhuǎn)盤被限定，使得定位器坐標系的原點定位在旋轉(zhuǎn)盤處，定位器坐標系的ζ軸限定為定位器的旋轉(zhuǎn)軸線，而χ軸和y軸平行于旋轉(zhuǎn)盤的表面。傳統(tǒng)地，機器人的基礎坐標系定位在機器人的基部中，其中ζ軸與機器人的第一旋轉(zhuǎn)軸線對準。當完成離線編程時，將包括目標位置的程序傳輸?shù)綑C器人的控制系統(tǒng)。但是，由于在離線環(huán)境中機器人、定位器和物體之間的位置關(guān)系可能會偏離真實機器人單元中的機器人、定位器和物體之間的實際位置關(guān)系，因此由離線編程系統(tǒng)制定的機器人程序不能直接用于操作真實機器人單元中的機器人。另外，必須確定真實機器人的基礎坐標系與真實定位器的坐標系之間的關(guān)系?，F(xiàn)今，通過在定位器的旋轉(zhuǎn)盤上設定參考點、為機器人提供呈尖銳端頭形式的標定工具、旋轉(zhuǎn)定位器的軸線使得參考點旋轉(zhuǎn)到至少三個不同角度、手動運動機器人使得標定工具的端頭在軸線的三個不同角度處與所設定的參考點接觸、并在機器人的基礎坐標系中確定對應于三個角度的參考點的位置，來確定機器人的基礎坐標系與定位器的坐標系之間的關(guān)系。已確定的位置形成圓，并且圓的中心點是定位器坐標系的原點。圓的平面是坐標系的xy平面。與xy平面垂直的方向確定為定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，并因此為坐標系的 ζ軸。該方法的問題在于標定的精確度取決于運動機器人使得標定端頭正確地指著標定點的機器人操作者的技能。如果參考點沒有在旋轉(zhuǎn)盤處的確切相同點中被測量，則圓的平面將不完全平行于旋轉(zhuǎn)盤的平面。由于旋轉(zhuǎn)盤的半徑遠小于至軸線的另一個固定點的距離， 因此參考點的位置的小誤差將引起Z軸中的角誤差，這會導致標定的大的位置誤差。在一些應用中，普遍的是具有在由相同定位器保持并繞相同的一個或多個軸線旋轉(zhuǎn)的一個或多個工件上作業(yè)的兩個或更多機器人。機器人可在相同工件上執(zhí)行不同的加工或者在不同工件上執(zhí)行平行加工。在其它應用中，還普通的是定位器具有多個工作站以及在每個工作站上作業(yè)的兩個或更多機器人，其中每個工作站具有一個或多個旋轉(zhuǎn)軸線。定位器繞豎直軸線可旋轉(zhuǎn)，使得工作站在機器人之間運動。在包括兩個或更多機器人以及具有一個或多個工作站的定位器的機器人系統(tǒng)中，機器人系統(tǒng)的標定變得非常復雜和耗時。 例如，必需確定用于機器人的基礎坐標系之間的關(guān)系，并確定每個物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。 另外，對于許多應用，對工件的加工精確度具有高要求，這也導致對機器人系統(tǒng)的標定精確度的高要求。例如，在焊接應用中，具有對焊接精確度的高要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進包括一個或多個機器人和定位器的工業(yè)機器人系統(tǒng)的標定。 特別地，目的是提供一種具有高精確度的標定。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這一目的以權(quán)利要求1中限定的方法實現(xiàn)。這種方法包括-限定用于所述定位器的定位器坐標系，其中所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線是所述定位器坐標系的軸線中的一個，-為所述定位器提供至少三個標定物體，所述標定物體的位置在所述第一物體坐標系中是已知的，-為所述機器人提供標定工具，-借助所述機器人和所述標定工具相對于所述第一機器人坐標系確定所述標定物體中的至少三個標定物體的位置，-繞所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)所述定位器，-借助所述機器人和所述標定工具確定所述標定物體中的第一標定物體的、對應于所述旋轉(zhuǎn)軸線的至少三個不同角度的位置，-確定所述標定物體中的第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的位置，所述第二標定物體沿所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線以離所述第一標定物體一定距離的方式定位，-基于所述第一標定物體和所述第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的已確定的位置，在所述第一機器人坐標系中確定所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，-將相對于所述第一機器人坐標系確定的所述至少三個標定物體的位置和相對于所述第一物體坐標系已知的所述至少三個標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，以及-通過在所述公共坐標系中執(zhí)行所述至少三個標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定所述第一物體坐標系與所述定位器坐標系之間的關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的標定方法包括在機器人坐標系中至少確定定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向以及確定物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的標定方法顯著地提高了標定的精確度。該方法還使得能夠自動執(zhí)行機器人系統(tǒng)的標定，并由此加快標定過程。另外，標定結(jié)果將與執(zhí)行標定的機器人操作者無關(guān)。因此，根據(jù)本發(fā)明的標定方法是可重復的，這意味著如果重復進行標定則實現(xiàn)相同的結(jié)果?，F(xiàn)有借助機器人和工具自動確定物體的位置的幾個已知方法。例如，機器人編程為向標定物體運動，并且當工具與物體接觸時讀取機器人位置。例如，通過檢測增加的馬達電流或用外部傳感器來檢測當工具與物體接觸之時的點。作為可替代方案，可允許機器人控制器完成向編程搜索點的內(nèi)插，但通過移除伺服回路的集成部，從而允許標定工具保持與搜索表面接觸而不積累過大的力。機器人坐標系是相對于機器人的實體部分限定的坐標系，例如相對于機器人的基板限定的機器人的基礎坐標系。針對定位器限定定位器坐標系一次。例如，該定義存儲在機器人控制器上的配置文件中。例如，定位器坐標系的ζ軸限定為定位器的旋轉(zhuǎn)軸線，并且相對于標定物體中的一個和旋轉(zhuǎn)盤的位置限定χ軸和y軸。
相對于物體坐標系編程用于機器人的目標點，該物體坐標系可為實際或標稱物體坐標系。如果已借助模擬工具對機器人進行離線編程，則相對于標稱物體坐標系編程目標點。如果已通過教導來編程機器人，則相對于實際物體坐標系編程目標點。例如，可離線編程初始機器人程序，隨后，通過向機器人教導目標點的新位置來重新編程一些目標點。在這種情況下，相對于標稱物體坐標系編程目標點的初始位置，并在標定坐標系之后相對于實際物體坐標系對重新編程的目標點的位置進行編程，以相對于定位器坐標系反映其實際位置。但是，根據(jù)本發(fā)明的標定方法在兩種情況下均是有用的，與目標點是否在實際或標稱物體坐標系中編程無關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，基于對應于第一和第二標定物體且對應于定位器的軸線的至少三個不同角度的已確定的位置來確定定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，并且第二標定物體沿定位器的旋轉(zhuǎn)軸線以離第一標定物體一定距離的方式定位。更準確地說，通過將軸線上的第一位置計算為由第一標定物體的已確定的位置限定的第一圓的中心并且將軸線上的第二位置計算為由第二標定物體的已確定的位置限定的第二圓的中心，來確定旋轉(zhuǎn)軸線的位置和方向?；谒嬎愕妮S線上的第一和第二位置確定旋轉(zhuǎn)軸線的方向。這使得能夠基于相互隔開一定距離定位的、旋轉(zhuǎn)軸線上的兩個位置確定定位器的軸線的方向，由此提高了確定定位器的軸線的方向的精確度。通過增加第一和第二標定物體之間的距離，提高了標定的精確度。定位器旋轉(zhuǎn)大約半轉(zhuǎn)。如果定位器適于保持工件，并通過繞多于一個的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)工件而改變工件的定向，則能夠以與根據(jù)本發(fā)明相同的方式確定另外的旋轉(zhuǎn)軸線。標定物體的位置在物體坐標系中是已知的。根據(jù)本發(fā)明，還相對于機器人坐標系確定標定物體的位置。標定物體的已知位置和已確定的位置被轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，并且通過在公共坐標系中執(zhí)行標定物體的已知位置與標定物體的已確定的位置之間的最佳擬合來確定物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。公共坐標系可為物體坐標系、定位器坐標系或機器人坐標系中的任一個。最佳擬合的意思是，將已知最佳擬合方法，比如最小二乘方的方法，用于將標定物體的已知位置與已確定的位置擬合，并計算提供該最佳擬合的變換。標定物體必須為至少三個，優(yōu)選為至少五個以便提高標定的精確度。標定物體中的兩個可為用于確定定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的第一和第二標定物體。在這種情況下，被確定成對應于定位器的軸線的一個角度且對應于第一和第二標定物體的位置，也可用于確定物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。但是，對于確定物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系以及對于確定定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，也能夠使用不同的標定物體。標定物體設置在定位器的一個或多個旋轉(zhuǎn)部分處。優(yōu)選地，標定物體設置在定位器的固定器的表面上。但是，也能夠?qū)硕ㄎ矬w中的一個定位在定位器的旋轉(zhuǎn)盤處。借助機器人及其標定工具確定第一標定物體的位置。這意味著第一標定物體必須定位在機器人的作業(yè)范圍中。如果要被標定的機器人系統(tǒng)僅包括一個機器人，則兩個標定物體均定位在機器人的作業(yè)范圍內(nèi)，并借助機器人確定兩個標定物體的位置。但是，如果要被標定的機器人系統(tǒng)包括在繞相同旋轉(zhuǎn)軸線運動的一個或多個工件上作業(yè)的兩個或更多機器人，則借助第一機器人確定第一標定物體的位置，并優(yōu)選地借助第二機器人確定第二標定物體的位置。因此，第一標定物體必須定位在第一機器人的作業(yè)范圍中，而第二標定物體必須定位在第二機器人的作業(yè)范圍中。用兩個不同機器人確定標定物體的位置的優(yōu)勢在于，能夠增加標定物體之間的距離，并由此提高標定的精確度。使用兩個機器人以便測量第一和第二標定物體的位置的進一步的優(yōu)勢在于，避免機器人在其作業(yè)范圍的外限處作業(yè)， 其中在機器人作業(yè)范圍的外限中，測量的精確度將比在作業(yè)區(qū)域的中心部分進行的測量更差。根據(jù)本發(fā)明的實施例，標定物體定位在機器人準備加工工件的區(qū)域中或緊鄰該區(qū)域，即在機器人的作業(yè)區(qū)域的中間。如果兩個機器人用于測量標定物體的位置，則標定物體定位在正在測量標定物體的位置的機器人的加工區(qū)域中或靠近該加工區(qū)域。加工區(qū)域，即機器人準備加工工件的區(qū)域，是機器人路徑的目標點所定位的區(qū)域。該實施例使得機器人的至少一些運動誤差能夠借助標定來補償。例如，如果機器人的軸線具有角度誤差，則在標定時測量并校正該相同的角度誤差。例如，如果機器人的第一軸線具有角度誤差，則該誤差將在機器人的作業(yè)區(qū)域的中心中平行于定位器的ζ軸被補償為位置誤差。在一些應用中，機器人系統(tǒng)包括具有第二機器人坐標系并構(gòu)造成加工工件的第二機器人，并且定位器適于在第二機器人加工工件的同時保持工件并通過繞與參照第一機器人所述相同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)工件而改變工件的定向。相對于第二物體坐標系編程用于所述第二機器人的目標點。至少三個標定物體定位在兩個機器人的作業(yè)范圍內(nèi)，并且標定物體的位置在第二物體坐標系中也是已知的。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法還包括-為所述第二機器人提供標定工具，-借助所述第二機器人及其標定工具在所述第二機器人坐標系中確定所述標定物體中的所述至少三個標定物體的位置，-通過執(zhí)行所述標定物體在所述第一機器人坐標系中的已確定的位置與所述標定物體在所述第二機器人坐標系中的已確定的位置之間的最佳擬合，來確定所述第一機器人坐標系與所述第二機器人坐標系之間的關(guān)系，并由此確定第二機器人坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系，-將相對于所述第二機器人坐標系確定的所述至少三個標定物體的位置和相對于所述第二物體坐標系已知的所述至少三個標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，以及-通過在所述公共坐標系中執(zhí)行所述至少三個標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定所述第二物體坐標系與所述定位器坐標系之間的關(guān)系。根據(jù)包括在定位器的相同工作站上作業(yè)的兩個機器人的機器人系統(tǒng)，必需確定第一與第二機器人坐標系之間的關(guān)系以及第二物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。在第一機器人坐標系中已經(jīng)確定至少三個標定物體的位置。該標定還包括在第二機器人坐標系中確定相同的至少三個標定物體的位置。已確定的位置用于確定第一與第二機器人坐標系之間的關(guān)系，以及用于確定第二物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。通過執(zhí)行在第一機器人坐標系中確定和在第二機器人坐標系中確定的標定物體的位置之間的最佳擬合，來確定第一與第二機器人坐標系之間的關(guān)系。通過計算提供在物體坐標系中已知的標定物體的位置與在第二機器人坐標系中確定的標定物體的位置之間的最佳擬合的變換，來確定第二物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。為了能夠執(zhí)行已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合，必須在執(zhí)行最佳擬合之前將其變換到公共坐標系中。此外，有利地，標定的這一部分可自動執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，該標定物體是球形的，并且標定工具具有球形形狀的端頭， 并且該方法包括確定標定工具的工具中心點，以及通過將機器人重復地運動至標定物體使得標定工具在多個不同接觸點處與標定物體接觸、讀取接觸點處的機器人位置、并基于所讀取的機器人位置和標定工具的工具中心點計算在機器人坐標系中標定物體的中心點，來自動確定標定物體的位置。讀取幾個不同接觸點處的機器人位置時，標定工具撞擊標定物體的位置并不關(guān)鍵。該方法適合于高精確度地自動確定標定物體的位置。根據(jù)本發(fā)明的實施例，定位器坐標系的原點被限定成與定位器的特定機械部分相關(guān)，并且該方法還包括確定標定工具的工具中心點，將機器人的標定工具運動至與定位器的所述部分接觸，讀取接觸期間的機器人位置，并基于所讀取的機器人位置、工具的工具中心點以及旋轉(zhuǎn)軸線的位置和方向確定定位器的坐標系的原點。例如，定位器的上述部分是固定地連接到旋轉(zhuǎn)軸線的一端上的旋轉(zhuǎn)盤。該實施例使得能夠確定定位器坐標系的原點。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該系統(tǒng)包括沿線性軸線運動機器人的機械單元，并且該方法包括沿線性軸線運動機器人，借助機器人和標定工具確定對應于沿線性軸線的至少兩個不同位置的、標定物體中的至少一個標定物體的位置，并基于已確定的位置確定線性軸線的方向。該機械單元例如為線性軌道。該實施例使得能夠在標定機器人系統(tǒng)的其余部分的同時自動標定機械單元的線性軸線。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過如權(quán)利要求12所限定的用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的設備來實現(xiàn)上述目的。這種裝置包括機器人控制器，所述機器人控制器包括處理器和數(shù)據(jù)存儲器，至少三個標定物體，所述標定物體布置在所述定位器上，所述至少三個標定物體的位置在所述第一物體坐標系中是已知的并存儲在所述數(shù)據(jù)存儲器中，標定工具，所述標定工具待由所述機器人保持，并且所述機器人控制器構(gòu)造成通過使所述標定工具運動至與所述標定物體接觸并讀取接觸點處的機器人位置， 來自動確定并存儲所述標定物體中的至少三個標定物體相對于所述第一機器人坐標系的位置，指令所述定位器繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，通過使所述標定工具運動至與所述標定物體中的第一標定物體在三個不同角度處接觸并讀取接觸點處的機器人位置，來自動確定并存儲所述第一標定物體的、對應于所述旋轉(zhuǎn)軸線的至少三個不同角度的位置，通過使所述標定工具運動至與所述標定物體中的第二標定物體在三個不同角度處接觸并讀取接觸點處的機器人位置，來自動確定并存儲所述第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的位置，所述第二標定物體沿所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線以離所述第一標定物體一定距離的方式定位，基于所述第一標定物體和所述第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的已確定的位置，確定并存儲所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線在所述第一機器人坐標系中的方向，將相對于所述第一機器人坐標系確定的所述至少三個標定物體的位置和相對于所述第一物體坐標系已知的所述至少三個標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，并且
通過在所述公共坐標系中執(zhí)行所述至少三個標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定并存儲所述第一物體坐標系與所述定位器坐標系之間的關(guān)系。該設備的進一步的改進形式由附加權(quán)利要求的特征限定。


現(xiàn)在將通過對本發(fā)明的不同實施例的說明并參照附圖來更詳細地解釋本發(fā)明。圖1示出包括定位器的工業(yè)機器人系統(tǒng)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的設備。圖3示出定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的標定。圖4示出定位器坐標系的標定。圖5和6示出物體坐標系相對于定位器坐標系的標定。圖7a_b示出包括在同一定位器上作業(yè)的兩個機器人的機器人系統(tǒng)的標定。圖8示出包括在同一定位器上作業(yè)的三個機器人的機器人系統(tǒng)的標定。圖9示出在具有三個工位的定位器上作業(yè)的多個機器人的標定。圖10示出包括定位器和通過線性軌道而移動的機器人的機器人系統(tǒng)的標定。
具體實施例方式圖1示出包括機器人1和定位器2的機器人系統(tǒng)。在該例子中，機器人1具有三個主軸線和三個腕軸線。通常稱為機器人的基部的靜止底座支承繞第一軸線可旋轉(zhuǎn)的支架。支架支承繞第二軸線可旋轉(zhuǎn)的第一臂。第一臂支承繞第三軸線可旋轉(zhuǎn)的第二臂。第二臂支承繞第四、第五和第六軸線可旋轉(zhuǎn)的手腕。手腕支承工具，稱作TCP(工具中心點)的操作點限定在工具中。機器人1的運動由機器人控制器3控制。定位器2包括致動器5和旋轉(zhuǎn)盤7，致動器5包括馬達和齒輪箱，旋轉(zhuǎn)盤7連接到由馬達驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸8上。定位器 2還包括固定器10，固定器10適于在機器人在工件上執(zhí)行作業(yè)的同時固定地保持工件。固定器10包括用于附接至少一個工件的裝置。固定器10牢固地連接到旋轉(zhuǎn)盤7上，并通過軸8繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)。機器人控制器3還構(gòu)造成控制定位器2的旋轉(zhuǎn)軸線的運動。在該例子中，機器人1具有相對于機器人的基部限定的機器人坐標系\、^、％，而定位器具有相對于定位器的旋轉(zhuǎn)盤7限定的定位器機器人坐標系xp、yp、％，使得定位器坐標系的原點定位在旋轉(zhuǎn)盤處，定位器坐標系的ζ軸限定為定位器的旋轉(zhuǎn)軸線，而χ軸和y軸平行于旋轉(zhuǎn)盤的表面。在機器人程序的編程期間，機器人路徑上的目標點的位置和定向相對于物體坐標系x。、y。、z。限定。如果離線編程目標點，則物體坐標系是標稱物體坐標系，而如果通過教導在線編程目標點，則物體坐標系是實際物體坐標系。為了標定圖1所示的系統(tǒng)，必需確定定位器坐標系\、yp、％與機器人坐標系\、^、％之間的位置關(guān)系12，以及物體坐標系x。、y。、 z0與定位器坐標系之間的關(guān)系13。定位器坐標系的ζ軸限定為定位器的旋轉(zhuǎn)軸線。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的設備。機器人控制器 3包括提供傳統(tǒng)機器人控制器功能所需的硬件，比如中央處理器(CPU) 20、數(shù)據(jù)存儲器22和用于與機器人通訊的裝置。機器人控制器還設置有標定模塊對，標定模塊M構(gòu)造成標定機器人系統(tǒng)。根據(jù)該實施例，標定模塊M包括用于自動執(zhí)行機器人系統(tǒng)的標定的軟件。標定模塊M包括用于相對于機器人坐標系自動確定固定器10上的標定物體的位置的裝置。標定模塊還包括用于在標定定位器的旋轉(zhuǎn)軸線期間指令定位器繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的裝置。設備還包括至少三個、優(yōu)選為至少五個布置在定位器的固定器10上的標定物體 24a-Co標定物體Ma-c的位置在物體坐標系x。、y。、z。中是已知的，并且將已知位置存儲在數(shù)據(jù)存儲器22中。在該例子中，標定物體的形狀為球形。盡管標定物體具有球形形狀是有利的，因為其提供標定物體的中心的精確確定，但是也能夠使用其它形狀，比如錐體、銷或立方體。標定物體Ma-c定位在機器人1的作業(yè)范圍內(nèi)。必須相對于機器人坐標系\、^、 %確定標定物體的位置。機器人1設置有由機器人保持的標定工具26。在該例子中，標定工具的端頭是具有球形形狀的球。根據(jù)任意已知方法確定標定工具的工具中心點(TCP)。標定工具沈用于相對于機器人坐標系\、yr> Zr確定標定物體的位置。例如，通過可重復地移動標定工具直到標定工具的球與球形標定物體接觸并存儲接觸點中機器人的位置來確定標定物體的位置。標定工具26移動至與標定物體在至少四個不同的點處接觸。基于機器人在接觸點處的存儲的位置和標定工具的TCP的確定的位置，確定標定物體的中心的位置。能夠通過手動慢移機器人使得標定工具的TCP與標定物體實體接觸，或者通過使用標定物體的自動定位來確定標定物體的位置。能夠借助不同的已知方法，比如使用傳感器、力控制或軟伺服， 實現(xiàn)標定物體的自動定位。在本發(fā)明的該實施例中，標定模塊M包括通過將標定工具移動至與標定物體接觸并讀取接觸點處的機器人位置、用于相對于機器人坐標系自動確定標定物體的位置的裝置。借助機器人程序中的運動指令來指令機器人運動。標定模塊還包括用于在軸線的標定期間指令定位器繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的裝置。圖3和4示出如何根據(jù)本發(fā)明的實施例確定定位器坐標系\、yp、％與機器人坐標系^、yr> zr之間的關(guān)系12。在第一步中，相對于機器人坐標系確定定位器坐標系的ζ軸。 定位器坐標系的ζ軸限定為定位器的旋轉(zhuǎn)軸線。因此，在第一步中，定位器的旋轉(zhuǎn)軸線必須相對于機器人坐標系被確定。為了這一目的，使用標定物體中的兩個Ma、Mc。為了實現(xiàn)高精確度的標定，標定物體Ma、2k應定位成靠近固定器10的邊緣，并沿定位器的旋轉(zhuǎn)軸線以盡可能大的距離相互離開。在標定期間，指令定位器繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)軸線的至少三個不同角位置處停止，如圖3所示。針對于旋轉(zhuǎn)軸線的三個不同角位置，借助機器人和標定物體測量標定物體Ma、Mc的位置。在固定器的旋轉(zhuǎn)期間，標定物體Ma、Mc的運動形成兩個圓，如圖2所示。定位器的旋轉(zhuǎn)軸線經(jīng)過圓的中心點。例如，通過在前說明的方法，針對于定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的三個不同角位置，相對于機器人坐標系確定兩個標定物體 24a,24c的位置。在標定期間，定位器大約旋轉(zhuǎn)半轉(zhuǎn)。圖3示出針對于定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的三個不同角度的、標定物體Ma、Mc的位置 pl_p6。如前所述，借助機器人和標定工具確定針對于旋轉(zhuǎn)軸線的三個角度的、標定物體Ma 的位置pl、p2、p3和標定物體Mc的位置p4、p5、p6。位置pl_p3和p4_p6是兩個虛擬參考盤27a、27c的緣邊上的位置。上述圓是虛擬盤的緣邊?；跇硕ㄎ矬wMa、2k的確定的位置計算虛擬盤27a、27c的中心點C1、C2。定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向確定為經(jīng)過虛擬盤的中心點C1、C2的軸線。因此，確定了定位器坐標系的ζ軸的方向。限定臨時定位器坐標系。計算臨時坐標系的ζ軸，作為由固定器上的運動的標定物體形成的兩個虛擬盤之間的矢量。計算臨時坐標系的χ軸，作為從第一盤的中心Cl到標定物體Ma的第一位置Pl的矢量，如圖3所示。臨時坐標系的y軸平行于虛擬盤27a。定位器坐標系的原點限定在旋轉(zhuǎn)盤7的表面處。為了確定定位器坐標系的原點，必須確定從臨時定位器坐標系的原點到旋轉(zhuǎn)盤7的平移距離ΔΖ。通過在TPC觸碰旋轉(zhuǎn)盤7時相對于臨時定位器坐標系表示標定工具的TCP的位置來限定平移距離Δζ。借助機器人和標定工具確定旋轉(zhuǎn)盤的位置?；谛D(zhuǎn)軸線的確定的方向和旋轉(zhuǎn)盤7的測量的位置來確定定位器坐標系的原點?，F(xiàn)在，剩下的是通過繞其ζ軸旋轉(zhuǎn)定位器坐標系來對準定位器坐標系的χ 軸，如圖4所示。圖5和6示出物體坐標系χ。、y。、Z0相對于定位器坐標系xp、yp、zp的標定。路徑上的目標點相對于物體坐標系x。、y。、z。被編程，如圖1所示。定位器的固定器10設置有至少三個標定物體，優(yōu)選為五個或更多標定物體Ma-e。如果標定物體的數(shù)目增加，則標定的精確度也增加。如參照圖2說明的在前用于計算定位器坐標系與機器人坐標系之間的關(guān)系的相同的兩個標定物體Ma、2k也能夠用于該標定。在這種情況下，已經(jīng)測量了標定物體 Ma、Mc的位置。但是，也能夠使用其它標定物體。在物體坐標系中，標定物體Ma-e的位置是已知的。借助機器人1和標定工具沈，例如借助參照圖2說明的方法，相對于機器人坐標系測量標定物體Ma-e的位置。由此，相對于機器人坐標系和相對于物體坐標系標定物體的位置是已知的。相對于機器人坐標系測量的標定物體的位置和相對于物體坐標系已知的標定物體的位置被變換到公共坐標系中。公共坐標系可為定位器坐標系、物體坐標系或機器人坐標系中的任一個。通過執(zhí)行標定物體的已知位置與測量位置之間的最佳擬合來計算物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系，在物體坐標系和公共坐標系中的測量的位置中，標定物體的已知位置和測量位置是已知的。最佳擬合的意思是，標定物體的已知位置和測量位置以最小化已知位置與測量位置之間的距離的方式相互擬合。例如，這通過最小均方的方法進行。當達到最佳擬合時，能夠計算物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。由于在前已確定了定位器坐標系與機器人坐標系之間的關(guān)系，能夠計算物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系?，F(xiàn)在，相互標定了定位器、機器人和編程路徑。圖7a_b示出包括在具有固定器32的同一定位器30上作業(yè)的兩個機器人Ia和Ib 的機器人系統(tǒng)的標定。定位器繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)，并且相對于定位器的旋轉(zhuǎn)軸線和旋轉(zhuǎn)盤 34限定定位器坐標系\、yp、zp。在該例子中，第一機器人Ia具有相對于第一機器人的基部限定的機器人坐標系xri、yri、zri，而第二機器人Ib具有相對于第二機器人的基部限定的機器人坐標系xrt、yrt、％2。相對于第一物體坐標系x^y^zu限定第一機器人Ia將要遵循的編程路徑上的目標點35a。編程在第二機器人Ib將要遵循的路徑上的目標點3 相對于第二物體坐標系x。2、yo2 > Z02被編程。為了標定圖7a所示的系統(tǒng)，必需確定定位器坐標系\、yp、％與第一機器人坐標系 xrl>yrl>zrl之間的位置關(guān)系37，第一機器人坐標系、、&、、與第二機器人坐標系h、yrt、 zr2之間的關(guān)系38，第一物體坐標系X()1、y0l, z0l與定位器坐標系之間的關(guān)系39a，以及第二物體坐標系X。2、yo2> Z02與定位器坐標系之間的關(guān)系39b。以與在前說明相同的方式，定位器的固定器32設置有優(yōu)選為球形形狀的多個標定物體36a_e。標定物體36c_e中的至少三個必須設置在第一和第二機器人兩者的作業(yè)范圍中。標定物體中的兩個36a、36b用于確定定位器的旋轉(zhuǎn)軸線。優(yōu)選地，用于確定定位器的軸線的標定物體36a、36b盡可能相互遠離地定位，以便實現(xiàn)高精確度的標定。因此，合適的是將標定物體中的一個36a定位在第一機器人的作業(yè)范圍內(nèi)，而將另一個標定物體36b 定位在第二機器人的作業(yè)范圍內(nèi)。借助第一機器人確定標定物體36a的位置，并且借助第二機器人確定第二標定物體36b的位置。可替代地，在一個機器人的作業(yè)范圍內(nèi)選擇兩個標定物體，并通過同一機器人測量這兩個標定物體。借助第一和第二機器人測量定位在第一和第二機器人兩者的作業(yè)范圍內(nèi)的標定物體36c_e的位置，即，相對于第一和第二機器人坐標系兩者確定標定物體的位置。第一機器人設置有標定工具26a，而第二機器人設置有標定工具，其與參照圖2說明的類型相同。能夠通過將機器人的TCP手動慢移到標定物體，或者通過標定物體的位置的自動搜索來確定標定物體的位置。例如，通過將標定工具26a移動至與標定物體36c_e在多個接觸點處接觸，如在前參照圖2所述，相對于第一機器人坐標系確定標定點36c_e的位置。在實踐中，合適的是，在開始計算坐標系之間的關(guān)系之前測量所有標定物體的位置。以與參照圖3和4說明相同的方式確定定位器坐標系與第一機器人坐標系之間的關(guān)系。經(jīng)由第一機器人坐標系建立定位器坐標系與第二機器人坐標系之間的關(guān)系。因此， 下一步是確定第一機器人坐標系與第二機器人坐標系之間的關(guān)系。定位在第一和第二機器人兩者的作業(yè)范圍內(nèi)的三個標定物體36c_e用于標定第一機器人坐標系與第二機器人坐標系之間的關(guān)系。如圖7b所示，通過執(zhí)行相對于第一機器人坐標系測量的標定物體的位置與相對于第二機器人坐標系測量的標定物體的位置之間的最佳擬合，確定第一與第二機器人坐標系之間的關(guān)系。在第一和第二物體坐標系中，標定物體的位置是已知的。參照第一機器人坐標系測量的標定物體的位置用于確定第一物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。參照第二機器人坐標系測量的標定物體的位置用于確定第二物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。 以與參照圖5和6說明相同的方式確定物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。將相對于第二機器人坐標系測量的標定物體的位置和相對于第二物體坐標系已知的標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，公共坐標系可為物體坐標系、定位器坐標系或第二機器人坐標系中的任一個。通過以與參照圖5和6說明相同的方式執(zhí)行公共坐標系中的標定物體的已知位置與測量位置之間的最佳擬合，確定第二物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的標定方法對于標定包括在同一定位器上作業(yè)的多個機器人的機器人系統(tǒng)是有用的。圖8示出具有在一個定位器30上作業(yè)的三個機器人la-c的系統(tǒng)。如果多于一個的機器人與定位器的旋轉(zhuǎn)軸線相配合，則定位器坐標系與另外的機器人之間的關(guān)系將必須經(jīng)由第一機器人建立。用參照圖7a_b說明的方法計算用于機器人的機器人坐標系之間的關(guān)系。通過相對于兩個相鄰機器人的機器人坐標系確定至少三個標定物體的位置來計算兩個相鄰機器人坐標系之間的關(guān)系。如圖7b所示，將兩個坐標系之間的關(guān)系計算為創(chuàng)建兩組位置之間的最佳擬合的變換。如果多于一個的機器人與定位器相配合，則如圖 3所示，可相對于離第一機器人最遠地定位的機器人的機器人坐標系限定第二虛擬參考盤 27c，并且相對于第一機器人限定虛擬參考盤27a。如上所述，可使用機器人的坐標系之間的確定的關(guān)系，相對于第一機器人的機器人坐標系表示第二虛擬參考盤27c上的標定物體的位置。
圖9示出包括在定位器40上作業(yè)的多個機器人的機器人系統(tǒng)，定位器40包括多個工位42-44。每個工位具有用于保持一個或多個工件的固定器。與如上所述相同的標定方法能夠用于標定這類機器人系統(tǒng)。在每個工位處，一個或多個機器人在由固定器保持的一個或多個工件上執(zhí)行作業(yè)。每個工位繞至少一個旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)。在圖9所示的機器人系統(tǒng)中，針對于所有工位中的所有機器人，將計算校正的坐標系，并且使校正的坐標系與定位器的工位相關(guān)聯(lián)。所有機器人將保持一系列校正的物體坐標系，一個用于三個工位中的每一個。通過使用與面對機器人的工位相對應的標定的物體坐標系，同一機器人程序可不加更改地用于所有工位。由于所有機器人相對于所有固定器被標定，因此也能夠在控制器組之間移動任務。圖10示出包括機器人1、線性軌道50和具有固定器32的定位器30的機器人系統(tǒng)。 線性軌道50構(gòu)造成沿線性軸線移動機器人1，并將機器人停止在軸線上的不同位置處。機器人構(gòu)造成在多個工件上執(zhí)行作業(yè)，多個工件由定位器30保持并在固定器32處定位在不同位置處。在圖10所示的例子中，三個作業(yè)物體將要由不同位置中的機器人加工。當機器人加工第一物體時將要遵循的路徑上的目標點相對于第一物體坐標系x0l、y0l> z0l被編程， 當機器人加工第二物體時將要遵循的路徑上的目標點相對于第二物體坐標系x。2、y。2、z。2被編程，而當機器人加工第三物體時將要遵循的路徑上的目標點相對于第三物體坐標系x。3、 7。3、2。3被編程。機器人沿線性軌道在三個位置之間可移動。當機器人處于第一位置時，其在第一作業(yè)物體上執(zhí)行作業(yè)。當機器人處于第二位置時，其在第二作業(yè)物體上執(zhí)行作業(yè)，而當機器人處于第三位置時，其在第三作業(yè)物體上執(zhí)行作業(yè)。該機器人系統(tǒng)能夠通過與如上所述相同的方法標定。三組標定物體52、54、56在沿線性軌道位于三個位置處的機器人的作業(yè)范圍內(nèi)定位在固定器32上。針對于沿線性軌道的每一個位置，確定定位器坐標系與機器人坐標系之間的關(guān)系。物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系也被確定，用于定位器上的物體。因此，標定軌道上的每個位置，以便補償軌道的運動缺陷。另外，通過以增量沿軌道移動機器人一所述增量限定相對于每個增量位置的固定器上的固定參考點的位置，可計算軌道50相對于定位器坐標系的定向。另外，能夠通過借助機器人和標定工具、針對于沿線性軸線的至少兩個不同位置確定標定物體中的至少一個的位置，并基于確定的位置確定線性軸線的方向，來確定線性軸線的方向。
權(quán)利要求
1.一種用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的方法，所述工業(yè)機器人系統(tǒng)包括至少一個機器人(1 ； Ia-C)，所述機器人具有第一機器人坐標系(xri、yri、zri)并構(gòu)造成用于加工工件，以及定位器O ；30)，所述定位器適于在所述機器人加工所述工件的同時保持所述工件并通過使所述工件繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)而改變所述工件的定向，并且，用于所述機器人的目標點相對于第一物體坐標系(x^y^zj被編程，其中，所述方法包括限定用于所述定位器的定位器坐標系Up、yp、Zp)，在所述定位器坐標系Up、yp、％)中， 所述旋轉(zhuǎn)軸線是所述定位器坐標系的軸線中的一個，為所述定位器提供至少三個標定物體O^-e ；36a-e)，所述標定物體的位置在所述第一物體坐標系中是已知的，為所述機器人提供標定工具06)，借助所述機器人和所述標定工具相對于所述第一機器人坐標系確定所述標定物體中的至少三個標定物體的位置，繞所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)所述定位器，借助所述機器人和所述標定工具確定所述標定物體中的第一標定物體(Ma)的、對應于所述旋轉(zhuǎn)軸線的至少三個不同角度的位置，確定所述標定物體中的第二標定物體04b)的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的位置，所述第二標定物體沿所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線定位在離所述第一標定物體一定距離處，基于所述第一標定物體和所述第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的已確定的位置，在所述第一機器人坐標系中確定所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，將相對于所述第一機器人坐標系確定的所述至少三個標定物體的位置和相對于所述第一物體坐標系已知的所述至少三個標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，以及通過在所述公共坐標系中執(zhí)行所述至少三個標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定所述第一物體坐標系與所述定位器坐標系之間的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，借助所述機器人及其標定工具確定所述第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的所述位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述機器人系統(tǒng)包括具有第二機器人坐標系 (xr2>yr2>zr2)并構(gòu)造成用于加工工件的第二機器人(Ib)，所述定位器(30)適于在所述第二機器人加工所述工件的同時保持所述工件并通過使所述工件繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)而改變所述工件的定向，用于所述第二機器人的目標點相對于第二物體坐標系(x。2、y。2、zo2)被編程，所述至少三個標定物體(36c_e)定位在所述機器人的作業(yè)范圍內(nèi)，并且所述標定物體的位置在所述第二物體坐標系中是已知的，其中，所述方法還包括為所述第二機器人提供標定工具(26b)，借助所述第二機器人及其標定工具在所述第二機器人坐標系中確定所述標定物體中的所述至少三個標定物體的位置，通過執(zhí)行所述標定物體在所述第一機器人坐標系中的已確定的位置與所述標定物體在所述第二機器人坐標系中的已確定的位置之間的最佳擬合來確定所述第一機器人坐標系與所述第二機器人坐標系之間的關(guān)系，將相對于所述第二機器人坐標系確定的所述至少三個標定物體的位置和相對于所述第二物體坐標系已知的所述至少三個標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，以及通過在所述公共坐標系中執(zhí)行所述至少三個標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定所述第二物體坐標系與所述定位器坐標系之間的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，借助所述第二機器人及其標定工具確定所述第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的所述位置。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述標定物體為球形，所述標定工具具有球形形狀的端頭，并且所述方法包括確定所述標定工具的工具中心點，以及通過使所述機器人重復地運動至所述標定物體從而使得所述標定工具在多個不同接觸點處與所述標定物體接觸、讀取所述接觸點處的機器人位置、并且基于所讀取的機器人位置和所述標定工具的工具中心點在所述機器人坐標系中計算所述標定物體的中心點，來自動地確定所述標定物體的位置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸線的位置和方向的確定還包括將所述軸線上的第一位置(Cl)確定為由所述第一標定物體(Ma)的已確定的位置 (P1-P3)限定的第一圓的中心；將所述軸線上的第二位置(以)確定為由所述第二標定物體 (24c)的已確定的位置(P4-P6)限定的第二圓的中心；以及基于所述軸線上的已確定的所述第一位置和所述第二位置確定所述旋轉(zhuǎn)軸線的方向。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述定位器坐標系的原點被限定成與所述定位器的特定機械部分(7)相關(guān)，并且所述方法還包括確定所述標定工具的工具中心點(TCP)，使所述機器人的標定工具運動成與所述定位器的所述部分接觸，讀取接觸期間的機器人位置，以及基于所讀取的機器人位置、所述工具的工具中心點和所述旋轉(zhuǎn)軸線的方向確定所述定位器的坐標系的原點。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述定位器的所述部分是固定地連接到所述旋轉(zhuǎn)軸線的一端上的旋轉(zhuǎn)盤(7)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述定位器設置有定位在所述機器人的作業(yè)范圍內(nèi)的至少五個球形標定物體O^-e ；36a_e)，并且所述標定物體中的所述至少五個標定物體的位置相對于所述機器人坐標系來確定。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述標定物體定位在所述機器人加工所述工件的區(qū)域中或者定位成緊鄰該區(qū)域。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述系統(tǒng)包括使所述機器人沿線性軸線運動的機械單元(50)，并且所述方法包括使所述機器人沿所述線性軸線運動，借助所述機器人和所述標定工具確定所述標定物體中的至少一個標定物體的、對應于沿所述線性軸線的至少兩個不同位置的位置，以及基于已確定的位置確定所述線性軸線的方向。
12.一種用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的設備，所述工業(yè)機器人系統(tǒng)包括至少一個機器人 (1 ； la-c)以及定位器O ；30)，所述機器人具有第一機器人坐標系(xri、yri、zri)并構(gòu)造成用于加工工件，所述定位器適于在所述機器人加工所述工件的同時保持所述工件并通過使所述工件繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)而改變所述工件的定向，其中，用于所述機器人的目標點相對于第一物體坐標系(x^y^zj被編程，并且對于所述定位器限定有定位器坐標系Up、yp、Zp)， 在所述定位器坐標系Up、yp、Zp)中，所述旋轉(zhuǎn)軸線是所述定位器坐標系的軸線中的一個，所述設備包括機器人控制器(3)，所述機器人控制器包括處理器00)和數(shù)據(jù)存儲器02)， 至少三個標定物體；36a-e)，所述標定物體布置在所述定位器上，所述至少三個標定物體的位置在所述第一物體坐標系中是已知的并存儲在所述數(shù)據(jù)存儲器中， 標定工具(26)，所述標定工具用于由所述機器人保持，以及所述機器人控制器構(gòu)造成通過使所述標定工具運動成與所述標定物體接觸并讀取接觸點處的機器人位置來自動地確定并存儲所述標定物體中的至少三個標定物體相對于所述第一機器人坐標系的位置，指令所述定位器繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，通過使所述標定工具運動成與所述標定物體中的第一標定物體在三個不同角度處接觸并讀取接觸點處的機器人位置(P1-3)，來自動地確定并存儲所述第一標定物體(Ma) 的、對應于所述旋轉(zhuǎn)軸線的至少三個不同角度的位置，通過使所述標定工具運動成與所述標定物體中的第二標定物體在三個不同角度處接觸并讀取接觸點處的機器人位置(P4-6)，來自動地確定并存儲所述第二標定物體(Mc) 的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的位置，所述第二標定物體沿所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線定位在離所述第一標定物體一定距離處，基于所述第一標定物體和所述第二標定物體的、對應于所述軸線的至少三個不同角度的已確定的位置確定并存儲所述定位器的旋轉(zhuǎn)軸線在所述第一機器人坐標系中的方向，將相對于所述第一機器人坐標系確定的所述至少三個標定物體的位置和相對于所述第一物體坐標系已知的所述至少三個標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，以及通過在所述公共坐標系中執(zhí)行所述至少三個標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定并存儲所述第一物體坐標系與所述定位器坐標系之間的關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設備，其中，所述機器人系統(tǒng)包括具有第二機器人坐標系 (xr2> yr2> zr2)并構(gòu)造成用于加工工件的第二機器人(Ib)，所述定位器適于在所述第二機器人加工所述工件的同時保持所述工件并通過使所述工件繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)而改變所述工件的定向，用于所述第二機器人的目標點相對于第二物體坐標系被編程，所述至少三個標定物體定位在所述機器人的作業(yè)范圍內(nèi)，并且所述標定物體的位置在所述第二物體坐標系中是已知的，其中，所述設備還包括用于由所述第二機器人保持的第二標定工具，并且所述機器人控制器還構(gòu)造成通過使所述第二標定工具運動成與所述標定物體接觸并讀取所述第二機器人在接觸點處的位置，來自動地確定并存儲所述標定物體中的所述至少三個標定物體在所述第二機器人坐標系中的位置，通過執(zhí)行所述標定物體在所述第一機器人坐標系中的已確定的位置與所述標定物體在所述第二機器人坐標系中的已確定的位置之間的最佳擬合來確定所述第一機器人坐標系與所述第二機器人坐標系之間的關(guān)系，將相對于所述第二機器人坐標系確定的所述至少三個標定物體的位置和相對于所述第二物體坐標系已知的所述至少三個標定物體的位置轉(zhuǎn)換到公共坐標系中，以及通過在所述公共坐標系中執(zhí)行所述至少三個標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定所述第二物體坐標系與所述定位器坐標系之間的關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于標定工業(yè)機器人系統(tǒng)的方法和設備，該工業(yè)機器人系統(tǒng)包括至少一個機器人(1)和定位器(2)，機器人具有機器人坐標系(xr1、yr1、zr1)，而定位器具有定位器坐標系(xp、yp、zp)并適于通過使工件繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)而改變工件的定向并保持工件。相對于物體坐標系(xo1、yo1、zo1)編程用于機器人的目標點。該設備包括機器人控制器(3)、布置在定位器上的至少三個標定物體(24a-c)和由機器人保持的標定工具(26)。標定物體的位置在物體坐標系中是已知的。機器人控制器構(gòu)造成相對于機器人坐標系確定標定物體的位置；確定對應于定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的至少三個不同角度的、所述標定物體中的第一標定物體(24a)和第二標定物體(24c)的位置；基于對應于軸線的三個角度的、第一和第二標定物體的已確定的位置，在第一機器人坐標系中確定定位器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向；并且通過執(zhí)行標定物體的已知位置與已確定的位置之間的最佳擬合來確定第一物體坐標系與定位器坐標系之間的關(guān)系。
文檔編號G05B19/401GK102216860SQ200880131991
公開日2011年10月12日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
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