一种工业机器人工具坐标系标定装置及方法
技术领域
本发明涉及工业机器人坐标标定领域，具体地说，是一种工业机器人工具坐标系标定装置及方法，该装置及方法基于激光空间交汇成像技术。
背景技术
工业机器人工具坐标系标定精度是机器人引导焊枪等机器人工具精确“指哪打哪”的关键。惯用的多点法标定法操作过程是：变换机器人机械臂姿态，并使不同姿态工具尖端点的空间坐标位置始终不变。通常使用含有圆锥尖端的标定辅具，调整机器人机械臂姿态使机器人工具尖端与所述辅具圆锥尖端共点，记录5种不同姿态用于标定计算。
一方面，工业机器人末端工具的频繁更换及加工时出现的各类振动及碰撞会使工具位置发生偏移，导致标定的工具坐标系精度降低，致使机器人系统的加工精度无法达到工艺要求，甚至可能影响生产线的正常运转，造成时间、资金以及原材料的浪费（见期刊文献“一种基于激光位移传感器的机器人工具校准方法”，控制与信息技术2020年第3期）。另一方面，已有的标定方法不仅精度无法保证，操作过程主要依靠人眼观察容易导致视觉偏差和疲劳，非常不方便。例如，考虑到过于靠近机器人会有潜在危险性，以及加工工位现场布置的局限性，并不容易靠近观察清楚这种“针尖对针尖”的空间共点姿态关系。
发明内容
针对上述问题，本发明提出利用激光线空间交汇点成像的特征，通过图像可以分析出机器人工具尖端与激光线空间交汇点的共点特征，实现快速准确标定。给出了标定装置的校准方法及用于标定的方法。
本发明的目的在于针对现有工具坐标系标定技术中存在操作困难、标定精度低的问题，提供一种基于激光空间交汇成像的工业之机器人工具坐标系标定装置及方法，具体技术方案如下：
一种工业机器人工具坐标系标定装置，包括一个底板，底板的四周均匀设置有三个金属球形小云台用来放置激光射向调节装置，底板的中心处设置有一个金属球形小云台用来放置摄像机，金属球形小云台均可在底板上可实现多方位角度调节。
在上述技术方案中，激光射向调节装置包括圆柱形筒体，筒体内设置有透明球珠，球珠外表面设置有圆柱形的杆状通道用来连接激光发射头，筒体上设置有中空摇杆，激光发射头与中空摇杆所在的平面横截球珠，筒体与球珠通过螺栓连接。
上述技术方案进一步细化，包括含有方便固定底座的底板、金属球形小云台模块多个、1个成像探头、三个以上细光束线激光器。成像探头固定在所述金属球形小云台上，而该小云台布置在底板的中央；细光束线激光器均固定在各自的金属球形小云台上，而这些小云台模块对称布置在底板周边；金属球形小云台均可实现多方位角度调节，从而实现激光照射角度和成像角度的调节。
标定装置组装构造的校准方法是：调节激光线发射角度使得光线在空中交汇形成交点，并用哑光表面板放置在交汇点位置作为屏幕，则理想情况下成像探头拍摄到的是一个光斑。通过进一步微调激光线发射角度和成像探头成像角度，使得图像中光斑呈最小圆斑且成像在图像中心位置。此状态下光线在空间中的交点即为光线空间交汇点。
标定装置用于机器人工具坐标系标定的操作方法是：机器人工具尖端在机械臂的带动下变换姿态，当该尖端点与上述光线空间交汇点重合时，成像探头拍摄的图像是最小尖角图案且尖角顶点在图像中心位置，根据该尖角图案的尖角点重合和图案最小可以判断机器人两种姿态是否达到了共工具尖端点。
本发明的有益效果：本发明的采用激光线空中交汇点成像的方式极大地提高了标定过程操作的便捷性和准确度。相比于传统标定方法，本发明装置更符合实际使用的需要。针对常用的多点标定法难以实现可靠标定问题，设计了一种工业机器人工具坐标系标定装置，其原理简单、可操作性强、自动化程度高且易于实现。
附图说明
图1为本发明的整体构造示意图
图2位本发明的激光射向调节装置结构示意图。
图中，1-底板，2-云台，3-摄像机，4-筒体，5-球珠，6-螺栓，7-激光发射头，8-中空摇杆。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1和图2所示，一种工业机器人工具坐标系标定装置，包括一个底板1，底板1的四周均匀设置有三个金属球形小云台2用来放置激光射向调节装置，底板1的中心处设置有一个金属球形小云台用来放置摄像机3，金属球形小云台均可在底板1上可实现多方位角度调节。
在上述技术方案中，激光射向调节装置包括圆柱形筒体4，筒体4内设置有透明球珠5，球珠5外表面设置有圆柱形的杆状通道用来连接激光发射头7，筒体4上设置有中空摇杆8，激光发射头7与中空摇杆8所在的平面横截球珠，筒体4与球珠5通过螺栓连接6。
用本实施例来标定工业机器人工具坐标系，具体方法如下：
步骤一：调节激光发射头发射角度使得光线在空中交汇形成交点，并用哑光表面板放置在交汇点位置作为屏幕，则理想情况下成像探头拍摄到的是一个光斑，通过进一步微调激光发射头发射角度和成像探头成像角度，使得图像中光斑呈最小圆斑且成像在图像中心位置，此状态下光线在空间中的交点即为光线空间交汇点；
步骤二：工业机器人工具尖端在机械臂的带动下变换姿态，当该尖端点与上述光线空间交汇点重合时，摄像机探头拍摄的图像是最小尖角图案且尖角顶点在图像中心位置，根据该尖角图案的尖角点重合和图案最小判断机器人两种姿态是否达到了共工具尖端点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
