基于高精度工業(yè)相機(jī)的移動制孔機(jī)器人基準(zhǔn)找正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，是一種移動機(jī)器人基準(zhǔn)找正方法，具體為 一種基于高精度工業(yè)相機(jī)的移動制孔機(jī)器人基準(zhǔn)找正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，移動機(jī)器人自動化制孔系統(tǒng)已經(jīng)在飛機(jī)、汽車等制造領(lǐng)域被逐漸應(yīng)用。移 動機(jī)器人自動化制孔技術(shù)是基于產(chǎn)品數(shù)字化和自動化的一項(xiàng)技術(shù)，也是航空制造中最先進(jìn) 的加工技術(shù)之一。在移動機(jī)器人制孔流程中，制孔設(shè)備到達(dá)工位后，移動裝置浮動鎖緊，機(jī) 器人根據(jù)編程工件坐標(biāo)系中的路徑到達(dá)制孔位置，由于移動裝置定位或零組件安裝存在誤 差，零組件與制孔機(jī)器人的相對位置將發(fā)生變化，最終導(dǎo)致移動機(jī)器人實(shí)際到達(dá)的位置的 偏移。
[0003] 現(xiàn)有某些設(shè)備利用激光跟蹤儀，在加工之前將移動機(jī)器人和零組件的實(shí)際相對位 置打出來，與理論位置比較進(jìn)行修正，提高移動機(jī)器人的定位精度，由于這種方式，價格昂 貴，設(shè)備復(fù)雜操作工序繁瑣，同時和傳統(tǒng)方式相比，效率沒有明顯提高，工人的勞動強(qiáng)度并 不能降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于高精度工業(yè)相機(jī)的移動制孔 機(jī)器人基準(zhǔn)找正方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 所述一種基于高精度工業(yè)相機(jī)的移動制孔機(jī)器人基準(zhǔn)找正方法，其特征在于：包 括以下步驟：
[0007] 步驟1 :在工業(yè)機(jī)器人制孔刀具周圍布置四個激光距離傳感器A、B、C、D和一個相 機(jī)，相機(jī)軸線和工業(yè)機(jī)器人電主軸軸線平行，相機(jī)側(cè)邊還安裝有一個Z向激光距離傳感器；
[0008] 步驟2 :利用標(biāo)定圓盤，通過以下步驟對四個激光距離傳感器進(jìn)行標(biāo)定，所述標(biāo)定 圓盤由盤身和中心桿組成，中心桿與盤身保證垂直度為90±0. 05° :
[0009] 步驟2. 1 :將工業(yè)機(jī)器人制孔刀具保持豎直狀態(tài)，并將中心桿裝夾在工業(yè)機(jī)器人 制孔刀具的刀柄上；
[0010] 步驟2. 2 :調(diào)整四個激光距離傳感器，是其將激光點(diǎn)均打在標(biāo)定圓盤盤面上；
[0011] 步驟2. 3 :工業(yè)機(jī)器人制孔刀具電主軸沿軸向運(yùn)動，帶動標(biāo)定圓盤軸向運(yùn)動，觀察 四個激光距離傳感器在盤面上的激光點(diǎn)運(yùn)動軌跡；調(diào)整四個激光距離傳感器，使四個激光 距離傳感器在盤面上的激光點(diǎn)運(yùn)動軌跡相互平行，且任意三個激光距離傳感器在盤面上的 激光點(diǎn)運(yùn)動軌跡不共線；
[0012] 步驟2. 4:分別測量計(jì)算四個激光距離傳感器光軸與標(biāo)定圓盤盤面的夾角匕、 5C、心；
[0013] 步驟3 :軸向調(diào)整工業(yè)機(jī)器人制孔刀具電主軸，使標(biāo)定圓盤盤面與模擬工作面重 合；所述模擬工作面指沿電主軸進(jìn)給方向的，且與工業(yè)機(jī)器人制孔刀具中處于縮回狀態(tài)的 壓力鼻平面距離為1的平面；1為制孔時，待制孔零組件平面和處于縮回狀態(tài)的壓力鼻平面 的距離；測量當(dāng)前狀態(tài)下四個激光距離傳感器的距離讀數(shù)S A，sB，sc，sD，以及Z向激光距離 傳感器測得的與標(biāo)定圓盤盤面距離讀數(shù)s Q;
[0014] 步驟4:在標(biāo)定圓盤盤面上建立與工業(yè)機(jī)器人制孔刀具固連的零面坐標(biāo)系 ObXbYbZb,并得到四個激光距離傳感器在盤面上的激光點(diǎn)在零面坐標(biāo)系O bXbYbZb中的坐標(biāo)值 (xA，y A)，（xB，yB)，（X。，y。)，（xD，y D);零面坐標(biāo)系原點(diǎn)選擇為任意一個激光距離傳感器在盤 面上的激光點(diǎn)，并以該激光點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為ObY b軸；〇 bXb軸處于盤面上，且〇 bXb垂直于〇 Jb 軸；ObYb軸正方向與工具坐標(biāo)系OtXtY tZt的OtYt軸正方向夾角為銳角，ObX b軸正方向與工具 坐標(biāo)系OtXtYtZ t的0 tXt軸正方向夾角為銳角；0 bZb軸正方向由0 Jb軸正方向以及0 bxb軸正 方向按照右手定則確定；
[0015] 所述工具坐標(biāo)系OtXtYtZ t與工業(yè)機(jī)器人制孔刀具末端固連，本步驟中工具坐標(biāo)系 OtXtYtZt原點(diǎn)處于模擬工作面上，0 tXt軸和0 tYt軸在模擬工作面上，電主軸進(jìn)給方向?yàn)? tzt 軸正方向，工業(yè)機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系OfXfYfZf的O fXf軸正方向在模擬工作面上的投影為0 tXt軸 正方向，OfYf軸正方向在模擬工作面上的投影為O tYt軸正方向；
[0016] 建立相機(jī)坐標(biāo)系OvXvYvZ v,相機(jī)坐標(biāo)系OvXvYvZv與工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器固連，本步 驟中相機(jī)坐標(biāo)系O vXvYvZv原點(diǎn)處于模擬工作面上，電主軸進(jìn)給方向?yàn)镺 vZv軸正方向，OvXvYv 平面與模擬工作面重合；
[0017] 移除標(biāo)定圓盤；
[0018] 步驟5 :移動工業(yè)機(jī)器人，并通過分析相機(jī)拍攝圖像，使待制孔零組件上已經(jīng)打好 的基準(zhǔn)孔中心與相機(jī)視野中心的偏差ΔΧ、Ay滿足設(shè)定范圍要求，且Z向激光距離傳感器 測得的基準(zhǔn)孔距離與標(biāo)準(zhǔn)距離的差值Δ Z也滿足設(shè)定范圍要求；所述標(biāo)準(zhǔn)距離為步驟3中 得到的Stl;
[0019] 步驟6 :保持工業(yè)機(jī)器人末端姿態(tài)不變，沿模擬工作面移動工業(yè)機(jī)器人，使工具坐 標(biāo)系OtXtY tZt的原點(diǎn)運(yùn)動到步驟5完成后得到的相機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置；并按照以下步驟 進(jìn)行法向調(diào)平：
[0020] 步驟6. 1 :四個激光距離傳感器將激光點(diǎn)A'、B'、C'、D'打在待制孔零組件表面，得 到四個激光距離傳感器的測量距離值SA'，s B'，sc'，sD' ；根據(jù)sA'，sB'，sc'，sD'，步驟2. 4得 到的A、4以及步驟3得到的sA，sB，sc，s D，計(jì)算得到激光點(diǎn)A'、B'、C'、D'在 零面坐標(biāo)系ObXbY bZb的坐標(biāo)值；
[0021] 步驟6. 2 :由激光點(diǎn)A'、B'、C'、D'在零面坐標(biāo)系ObXbYbZb的坐標(biāo)值計(jì)算得到四個平 面 A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D' 的法向量，取四個平面 A'B'C'、A'B'D'、A'C'D'、B'C'D' 法向量的平均值為待制孔零組件表面法向量nl ;
[0022] 步驟6. 3 :根據(jù)法向量nl在零面坐標(biāo)系ObXbYbZb中的坐標(biāo)，得到法向量nl與0 bZb 軸的夾角Q1，若\在±0.2°范圍內(nèi)，則法向調(diào)平結(jié)束，進(jìn)入步驟7,否則根據(jù)法向量nl 在零面坐標(biāo)系ObXbYbZb中的坐標(biāo)，得到將零面坐標(biāo)系O bXbYbZb旋轉(zhuǎn)至ObZ b軸與法向量nl重 合時，ObXb軸的旋轉(zhuǎn)角度γ和OJb軸的旋轉(zhuǎn)角度β ;按照角度γ和角度β移動工業(yè)機(jī)器 人，使工具坐標(biāo)系的OtXt軸旋轉(zhuǎn)角度γ，0 tYt軸旋轉(zhuǎn)角度β，并返回步驟6.1 ;
[0023] 步驟7 :保持工業(yè)機(jī)器人末端姿態(tài)不變，沿模擬工作面移動工業(yè)機(jī)器人，使相機(jī)坐 標(biāo)系OvXvYvZv的原點(diǎn)運(yùn)動到步驟6法向調(diào)平完成后得到的工具坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置；通過分 析相機(jī)拍攝圖像，判斷待制孔零組件上已經(jīng)打好的基準(zhǔn)孔中心與相機(jī)視野中心的偏差ΔΧ、 Δ y是否滿足設(shè)定范圍要求，判斷Z向激光距離傳感器測得的基準(zhǔn)孔距離與標(biāo)準(zhǔn)距離的差 值ΔΖ是否也滿足設(shè)定范圍要求；若均滿足Λ X、Λ y、ΛΖ均滿足設(shè)定范圍要求，則以此時 相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)器人底座坐標(biāo)系中的坐標(biāo)作為基準(zhǔn)孔中心在機(jī)器人底座坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)，否則返回步驟5 ;
[0024] 步驟8 :重復(fù)步驟步驟5到步驟7,得到所有基準(zhǔn)孔中心在機(jī)器人底座坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)，根據(jù)所有基準(zhǔn)孔中心在機(jī)器人底座坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，建立待制孔零組件的實(shí)際工件 坐標(biāo)系。
[0025] 有益效果
[0026] 本發(fā)明針對不同的零組件，根據(jù)離線生成確定的基準(zhǔn)找正程序，可全自動進(jìn)行基 準(zhǔn)找正，減少測量的工作量；而且綜合考慮了零組件中孔分布類型，在保證精度的同時能適 應(yīng)更廣泛的應(yīng)用場合；本方法是基于高精度工業(yè)相機(jī)，在保證精度的同時，比目前存在的利 用激光跟蹤儀的方法，操作工序簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
【附圖說明】
[0027] 附圖1是移動機(jī)器人和零組件的理論和實(shí)際位置關(guān)系示意圖。
[0028] 附圖2是機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系的關(guān)系示意圖。
[0029] 附圖3是基準(zhǔn)找正三點(diǎn)法零部件孔分布特征。
[0030] 附圖4是基準(zhǔn)找正兩點(diǎn)法零部件孔分布特征。
[0031] 其中：1.機(jī)器人理論位置底座坐標(biāo)系；2.機(jī)器人實(shí)際位置底座坐標(biāo)系；3.實(shí)際 零組件工件坐標(biāo)系；4.基準(zhǔn)孔；5.待制孔；6.待制孔零組件；7.機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系； 8.氣缸；9.壓力鼻；10.模擬工作面；11.相機(jī)坐標(biāo)系；12. Z向激光距離傳感器激光束； 13. Z向激光距離傳感器；14.相機(jī)同軸光源；15.高精度工業(yè)相機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合