CN110487233A - 校正机器人用户坐标系的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种校正机器人用户坐标系的方法及系统。机器人的移动端设置有用于探测工件表面点的位置坐标的探头，方法包括以下步骤，在第一坐标系下，通过所述探头在所述工件表面取至少十个样点的位置坐标，其中四个样点的X坐标分别为1X、2X、5X和6X，另外两个样点的Y坐标分别为3Y和4Y，剩余四个样点的Z坐标分别为7Z、8Z、9Z和10Z；确定第一校正点坐标(X1，Y1，Z1)；确定第二校正点坐标(X2，Y2，Z2)；确定第三校正点坐标(X3，Y3，Z3)。校正机器人用户坐标系的系统，其特征在于，包括：治具，用于装夹工件；以及机器人，机器人包括移动端，移动端上设置有探头，机器人的移动端带动探头移动以探测工件表面样点的位置坐标。

Description

校正机器人用户坐标系的方法及系统

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种校正机器人用户坐标系的方法及系统。

背景技术

工业机器人通常具有原点坐标系、工具坐标系和用户坐标系。

原点坐标系通常设置在工业机器人的基座上。工具坐标系通常设置在工业机器人的工具末端。而用户坐标系通常定义在机器人需要抓取的目标工件上，即在工业机器人动作允许范围内的任意位置，设定任意角度的XYZ轴，用户坐标系的方向根据客户需要定义。因此在加工前，需要对用户坐标系进行校正。

目前常用的校正方法为手动三点校正，但是手动三点校正是通过人工目测随机找点的方式进行找点，在对同一个治具下的不同机器人进行校正时，例如在两个机器人中，由于找点的随机性导致每个机器人上找到的点基本上不同，这样对于同一治具上的工件来说，存在一定的误差。且手动三点校正存在校正时间较长，工作效率低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种校正机器人用户坐标系的方法及系统。

一种校正机器人用户坐标系的方法，所述机器人的移动端设置有用于探测工件表面点的位置坐标的探头，所述方法包括以下步骤：

在第一坐标系下，通过所述探头在所述工件表面取至少十个样点的位置坐标，其中四个样点的X坐标分别为1X、2X、5X和6X，另外两个样点的Y坐标分别为3Y和4Y，剩余四个样点的Z坐标分别为7Z、8Z、9Z和10Z；

确定第一校正点坐标(X1，Y1，Z1)，其中，X1＝(1X+2X)/2，Y1＝(3Y+4Y)/2，Z1＝(7Z+8Z+9Z+10Z)/4，Rz＝atan((6X-5X)/t)，t为任意数值；

确定第二校正点坐标(X2，Y2，Z2)，其中，X2＝X1+t，Y2＝Y1+t*tanRz，Ry＝atan((7Z-8Z)/t)，Z2＝Z1+t*tanRy；

确定第三校正点坐标(X3，Y3，Z3)，其中，X3＝X1+t*tanRz，Y3＝Y1+t，Rx＝atan((10Z-9Z)/t)，Z3＝Z1+t*tanRx；

以所述第一校正点坐标为校正后的用户坐标系的原点坐标，以第一校正点坐标和第二校正坐标所在的直线为校正后的用户坐标系的X轴方向，以第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标所在的平面为用户坐标系的XY平面。

采用上述技术方案，上述第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标的取点方式并不是随机的，而是与参数t的选择有关，当参数t被选择后，第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标被确定，取点标准一致，不同的机器人校正结果更统一，且校正效率块。

在其中一个实施例中，在取点坐标1X和2X的步骤中，通过所述探头沿Y轴方向在所述工件的两侧取点。

采用上述技术方案，便于得到中点坐标，工件上取点基准可以均为该中点坐标为基准。

在其中一个实施例中，在取点坐标1X和2X的步骤中，坐标1X和2X对应的两个点设置在所述工件沿第一坐标系的Y轴方向的距离最大处。

采用上述技术方案，便于提高中点坐标的坐标精度。

在其中一个实施例中，在取点坐标5X和6X的步骤中，坐标5X和6X对应的两个点的位置在所述工件的沿着所述第一坐标系的X轴方向的距离为t。

采用上述技术方案，通过选择统一的参数t，便于取点。

在其中一个实施例中，在取点坐标3Y和4Y的步骤中，坐标3Y和4Y对应的两个点设置在所述工件沿第一坐标系的X轴方向的距离最大处。

采用上述技术方案，便于提高中点坐标的坐标精度。

在其中一个实施例中，所述工件为长方体。

采用上述技术方案，长方体工件外形规则，取点精度更高，速度更快。

在其中一个实施例中，所述点坐标1X、3Y、2X和4Y所对应的四个点分别位于所述长方体的工件的四个侧边。

采用上述技术方案，通过在侧边取点，取点方式简单，快速，高效。

在其中一个实施例中，坐标5X和6X所对应的两个点均位于所述长方体的工件的一条侧面上。

采用上述技术方案，取点方便，且效率高。

在其中一个实施例中，所述点坐标7Z、8Z、9Z和10Z所对应的四个点分别位于所述长方体的工件顶面上。

在其中一个实施例中，通过四个点确定Z轴方向的坐标，效率高，且精度高。

一种校正机器人用户坐标系的系统，包括：

治具，用于装夹工件；以及

机器人，所述机器人包括移动端，所述移动端上设置有探头，所述机器人的移动端带动所述探头移动以探测所述工件表面样点的位置坐标。

采用上述技术方案，通过系统进行用户坐标系的校正，实现智能化，提高效率。

综上所述，上述第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标的取点方式并不是随机的，而是与参数t的选择有关，当参数t被选择后，第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标被确定，取点标准一致，不同的机器人校正结果更统一，且校正效率块。

附图说明

图1为一个实施例中的校正机器人用户坐标系时的示意图；

图2为一个实施例中的工件的俯视图；

图3为一个实施例中在XZ平面取点的原理图；

图4为一个实施例中在YZ平面取点的原理图。

附图标记：100、工件；110、第一侧边；120、第二侧边；130、第三侧边；140、第四侧边；150、顶面；160、机器人；170、探头；180、打磨头。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明公开内容的理解更佳透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

图1为一个实施例中的校正机器人160用户坐标系时的示意图，其中机器人160可以为工业机器人，具体可以为打磨机器人。机器人160至少具有两个坐标系，分别为工具坐标系和用户坐标系。以打磨机器人为例，工具坐标系设置在打磨机器人的移动端的打磨头180上，用户坐标系设置在工件100上。打磨之前，需要对工件100上的用户坐标系进行校正，才能够使机器人160的打磨头180准确的运动到设定的位置。

一种校正机器人160用户坐标系的方法，机器人160的移动端设置有用于探测工件100的表面点的位置坐标的探头170，该方法包括以下步骤。

在第一坐标系下，第一坐标系可以为工具坐标系或其他预先设置的坐标系，通过探头170在工件100取至少十个样点的位置坐标，其中，样点的位置坐标不需要采集全部的三个坐标轴上的坐标，只需要采集样点在其中一个坐标轴上的位置坐标即可。下面实施例中，以如下方式表示采集到的坐标，例如aX表示在第一坐标系的X轴方向采集到的样点的坐标值，例如bY表示在第一坐标系的Y轴方向采集到的样点的坐标值，例如cZ表示在第一坐标系的Z轴方向采集到的样点的坐标值。具体地，在第一坐标系取以下十个样点，其中四个样点在X轴方向的坐标为1X、2X、5X和6X，这四个点在Y轴方向的坐标和Z轴方向的坐标不采集；其中两个样点在Y轴方向的坐标为3Y和4Y，这两个点在X轴方向的坐标和Z轴方向的坐标不采集；其中四个样点在Z轴方向的坐标为7Z、8Z、9Z和10Z，这四个点在X轴方向和Y轴方向的坐标不采集。其中，上述十个点均是通过探头170在工件100的外表面取点。

基于上述采集到的十个样点确定第一校正点坐标(X1，Y1，Z1)。其中，X1、Y1和Z1的值分别按照以下公式进行计算：

X1＝(1X+2X)/2；

即X1的坐标值为样点1X和样点2X在X轴方向的中点位置。

Y1＝(3Y+4Y)/2；

即Y1的坐标值为样点3Y和4Y的在Y轴方向的中点位置。

Z1＝(7Z+8Z+9Z+10Z)/4；

即Z1的坐标值为样点7Z、8Z、9Z和10Z在Z轴方向的中点位置。

如图2所示，通过三角函数计算Rz的角度值，Rz＝atan((6X-5X)/t)，其中，t为任意数值，例如t可以取值为200mm。

基于上述采集到的十个样点确定第二校正点坐标(X2，Y2，Z2)。其中，X2、Y2和Z2的值分别按照以下公式进行计算：

X2＝X1+t＝(1X+2X)/2+t；即在第一坐标系下沿X轴方向延伸距离t，得到第二校正点的X坐标为X2。

Y2＝Y1+t*tanRz＝Y1＝(3Y+4Y)/2+t*tanRz＝(3Y+4Y)/2+6X-5X；即在第一坐标系下旋转Rz角度后校正XY平面，然后得到沿X轴移动距离t后的第二校正点的Y坐标为Y2。

如图3所示，通过三角函数计算Ry的角度值，Ry＝atan((7Z-8Z)/t)。

则，Z2＝Z1+t*tanRy＝Z1+7Z-8Z；即在第一坐标系下旋转Ry角度后校正XZ平面，然后得到沿X轴移动距离t后的第二校正点的Z坐标为Z2。

基于上述采集到的十个样点确定第三校正点坐标(X3，Y3，Z3)。其中，X3、Y3和Z3的值分别按照以下公式进行计算：

X3＝X1+t*tanRz＝X1+6X-5X；即在第一坐标系下旋转Rz角度后校正Y轴，然后得到沿Y轴移动距离t后的第三校正点的X坐标。

Y3＝Y1+t＝(3Y+4Y)/2+t；即在第一坐标系下沿Y轴方向延伸距离t得到第三个位置点的Y坐标。

Rx＝atan((10Z-9Z)/t)；

Z3＝Z1+t*tanRx＝(7Z+8Z+9Z+10Z)/4+10Z-9Z。即在第一坐标系下，旋转Rx角度后校正YZ轴，然后得到沿Y轴移动距离t后得到第三校正点的Z坐标。

以所述第一校正点坐标为校正后的用户坐标系的原点坐标，以第一校正点坐标和第二校正坐标所在的直线为校正后的用户坐标系的X轴方向，以第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标所在的平面为用户坐标系的XY平面。

由此可知，上述第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标的取点方式并不是随机的，而是与参数t的选择有关，当参数t被选择后，例如t选择200mm，那么第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标被确定，即使在更换不同机器人160，且对同一标准的治具的工件100进行校正时，第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标均是在确定位置。因此，可以解决传统随机取点导致的取点标准不一致的误差问题。可以在多个机器人160上复制该取点方式，这样不同的机器人160之间的取点标准一致，使得不同机器人160的用户坐标系的校正基准均统一，实际试验时发现，精度误差在+/-1mm左右。由于采用统一的取点方式，上述的方法可以由机器人160程序实现，比人工随机取点提高了效率。

如图2所示，以长方体工件100为例进行详细说明，但是，具体应用的工件100不限于长方体，还可以为任意形状的工件。

当工件100为长方体时，一种校正机器人160用户坐标系的方法的可以进行如下取点。如图2、图3和图4中所示的坐标系为第一坐标系，即机器人160校正之前的坐标系，机器人160用户坐标系校正后是在第一坐标系的基础上旋转一定的角度后得到的。

以下取样点的坐标均是在第一坐标系上进行的。

长方体的工件100包括第一侧边110、第二侧边120、第三侧边130、第四侧边140和顶面150。

在取点坐标1X和2X的步骤中，通过探头170沿Y轴方向在工件100的两侧取点。即，通过探头170随机抵触在第一侧边110和第三侧边130上，得到在X轴方向的坐标1X和2X。当工件100为长方体时，探头170在第一侧边110和第三侧边130的任意位置取点均可。

当工件100为其他形状时，在取点坐标1X和2X的步骤中，坐标1X和2X对应的两个点的位置在所述工件100的沿着所述第一坐标系的Y轴方向的最远距离处，也就是说坐标1X和2X对应的两个点的位置在工件100沿第一坐标系的Y轴方向的距离最大处。例如可以通过若干平行于Y轴的轴与工件100相交，在所有的交点中，两个沿Y轴方向的距离的最大的点的X坐标即对应1X和2X的坐标。当然该取点方式只是为了方便在不同的机器人160下找到相同的点，取点时可以按照随机取点的方式进行取点。

在取点坐标5X和6X的步骤中，坐标5X和6X对应的两个点的位置在所述工件100的沿着所述第一坐标系的X轴方向的距离为t。t可以为200mm，300mm等值，具体数值不做限定，但是应保证探头170移动距离t之后，仍然能够抵触在工件100侧边。

通过探头170随机抵触在第二侧边120和第四侧边140上，得到在Y轴方向的坐标3Y和4Y。在取点坐标3Y和4Y的步骤中，坐标3Y和4Y对应的两个点的位置在所述工件100的沿着所述第一坐标系的X轴方向的最远距离处，也就是说坐标3Y和4Y对应的两个点的位置在工件100沿第一坐标系的X轴方向的距离最大处。类似于取1X和2X时的方式，当工件100为长方体时，由于第二侧边120和第三侧边130是平行的，因此在整个第二侧边120取的点的X坐标是相同的，在整个第四侧边140取的点的X坐标也是相同的。为了方便确定中点坐标，当工件100为其他形状时，本实施例的取的两个点可以为工件100沿X轴方向距离最远的两个点的Y坐标。

点坐标7Z、8Z、9Z和10Z所对应的四个点分别位于所述长方体的工件100顶面150上。

一种校正机器人160用户坐标系的系统，包括：治具，用于装夹工件100；以及机器人160，所述机器人160包括移动端，所述移动端上设置有探头170，所述机器人160的移动端带动所述探头170移动以探测所述工件100表面样点的位置坐标。机器人160可以执行上述方法中的程序进行取点和校正用户坐标系。

为解决发明提出的问题，全部或部分以计算机程序处理流程为基础，通过计算机执行按上述流程编制的计算机程序，对计算机外部对象或内部对象进行控制或处理的解决方案。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，所述机器人的移动端设置有用于探测工件表面点的位置坐标的探头，所述方法包括以下步骤：

在第一坐标系下，通过所述探头在所述工件表面取至少十个样点的位置坐标，其中四个样点的X坐标分别为1X、2X、5X和6X，另外两个样点的Y坐标分别为3Y和4Y，剩余四个样点的Z坐标分别为7Z、8Z、9Z和10Z；

确定第一校正点坐标(X1，Y1，Z1)，其中，X1＝(1X+2X)/2，Y1＝(3Y+4Y)/2，Z1＝(7Z+8Z+9Z+10Z)/4，Rz＝atan((6X-5X)/t)，t为任意数值；

确定第二校正点坐标(X2，Y2，Z2)，其中，X2＝X1+t，Y2＝Y1+t*tanRz，Ry＝atan((7Z-8Z)/t)，Z2＝Z1+t*tanRy；

确定第三校正点坐标(X3，Y3，Z3)，其中，X3＝X1+t*tanRz，Y3＝Y1+t，Rx＝atan((10Z-9Z)/t)，Z3＝Z1+t*tanRx；

以所述第一校正点坐标为校正后的用户坐标系的原点坐标，以第一校正点坐标和第二校正坐标所在的直线为校正后的用户坐标系的X轴方向，以第一校正点坐标、第二校正点坐标和第三校正点坐标所在的平面为用户坐标系的XY平面。

2.根据权利要求1所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，在取点坐标1X和2X的步骤中，通过所述探头沿Y轴方向在所述工件的两侧取点。

3.根据权利要求2所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，在取点坐标1X和2X的步骤中，坐标1X和2X对应的两个点设置在所述工件沿第一坐标系的Y轴方向的距离最大处。

4.根据权利要求1所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，在取点坐标5X和6X的步骤中，坐标5X和6X对应的两个点的位置在所述工件的沿着所述第一坐标系的X轴方向的距离为t。

5.根据权利要求1所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，在取点坐标3Y和4Y的步骤中，坐标3Y和4Y对应的两个点设置在所述工件沿第一坐标系的X轴方向的距离最大处。

6.根据权利要求1所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，所述工件为长方体。

7.根据权利要求6所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，所述点坐标1X、3Y、2X和4Y所对应的四个点分别位于所述长方体的工件的四个侧边。

8.根据权利要求6所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，坐标5X和6X所对应的两个点均位于所述长方体的工件的一条侧面上。

9.根据权利要求6所述的校正机器人用户坐标系的方法，其特征在于，所述点坐标7Z、8Z、9Z和10Z所对应的四个点分别位于所述长方体的工件顶面上。

10.一种校正机器人用户坐标系的系统，其特征在于，包括：

治具，用于装夹工件；以及

机器人，所述机器人包括移动端，所述移动端上设置有探头，所述机器人的移动端带动所述探头移动以探测所述工件表面样点的位置坐标。