[发明专利]一种弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统及其方法

权利要求书

1.一种弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统，其特征在于：

包括机器人控制柜、安装有焊枪的工业机器人和TCP标定装置；

焊枪安装在工业机器人末端法兰盘上；

所述TCP标定装置包括支座、装置本体和两个二维激光传感器；

装置本体固定在支座上，呈垂直弯折状，具有两个相互垂直的内侧壁；

两个二维激光传感器分别固定安装在装置本体的两个相互垂直的内侧壁上，两个二维激光传感器的坐标系位于同一平面上、且两二维激光传感器所发出激光范围的中轴线相互垂直；

两个二维激光传感器发出激光所在的平面为TCP标定装置的检测平面，两个二维激光传感器发出激光相重合的区域为TCP标定装置的检测区域；

TCP标定装置放置在工业机器人的一侧，TCP标定装置的检测平面与工业机器人基坐标系的XOY平面平行；

机器人控制柜通过通讯电缆分别与工业机器人和TCP标定装置连接，进行数据通信；

在工业机器人工作前，首先进行初始化标定，然后在工业机器人工作后，根据初始化标定定期执行TCP校准程序；

其中，所述初始化标定包括以下步骤：

步骤一、人工标定工业机器人末端焊枪的TCP坐标系；

步骤二、控制工业机器人末端焊枪的TCP坐标系Z轴垂直于工业机器人基坐标系的XOY平面，并控制工业机器人焊枪的末端运动到TCP标定装置检测区域的上方；

步骤三、控制工业机器人沿工业机器人基坐标系的Z轴下降，当TCP标定装置的二维激光传感器检测到焊枪末端接触到检测区域时，记录当前机器人控制器内的TCP位置坐标P1(x1，y1，z1)；

步骤四、控制工业机器人继续沿工业机器人基坐标系的Z轴下降，当运动到焊枪圆柱位置H时，根据两个二维激光传感器的反馈数据，计算并得出此时焊枪圆柱位置H处的圆柱中心点在TCP标定装置测量坐标系中的位置坐标P2(x2，y2)；

其中，TCP校准程序包括以下步骤：

步骤一、调节工业机器人末端焊枪的TCP坐标系Z轴，控制其重复初始化标定步骤二中TCP坐标系Z轴的调节变化，并控制工业机器人焊枪的末端运动到TCP标定装置检测区域的上方；

步骤二、控制工业机器人沿工业机器人基坐标系的Z轴下降，当运动到焊枪圆柱的中间位置时，根据两个二维激光传感器的反馈数据，计算并得出焊枪圆柱该中间位置处的圆柱中心点在TCP标定装置测量坐标系中的位置坐标P3(x3，y3)；

然后保持当前姿态，控制工业机器人沿工业机器人基坐标系的Z轴继续下降距离L，再根据两个二维激光传感器的反馈数据，计算并得出焊枪圆柱该位置处的圆柱中心点在TCP标定装置测量坐标系中的位置坐标P4(x4，y4)；

记P3点坐标为(x3，y3，0)，P4点坐标为(x4，y4，-L)，则方向向量为(x3-x4，y3-y4，L)，计算该向量与其在TCP标定装置测量坐标系YOZ平面投影的夹角β，以及该向量在TCP标定装置测量坐标系YOZ平面投影与Z轴的夹角α，α和β分别为TCP坐标系在X轴和绕Y轴的角度误差，控制工业机器人补偿TCP坐标系X轴和Y轴的角度误差；

步骤三、保持当前姿态，控制工业机器人焊枪的末端运动到TCP标定装置检测区域的上方；

控制工业机器人沿工业机器人基坐标系的Z轴下降，当TCP标定装置的二维激光传感器检测到焊枪末端接触到检测区域时，记录当前机器人控制器内的TCP位置坐标P5(x5，y5，z5)；

根据初始化标定步骤三中得到的TCP位置坐标P1(x1，y1，z1)，计算得出TCP坐标系Z轴的位置误差Δz，Δz＝z5-z1；

步骤四、控制工业机器人沿工业机器人基坐标系的Z轴继续下降，当运动到焊枪圆柱位置H时，根据两个二维激光传感器的反馈数据，计算并得出此时焊枪圆柱位置H处的圆柱中心点在TCP标定装置测量坐标系中的位置坐标P6(x6，y6)；

根据初始化标定步骤四中得到的测量坐标系位置坐标P2(x2，y2)，计算得出TCP坐标系X轴和Y轴的位置误差Δx和Δy，Δx＝x6-x2，Δy＝y6-y2；

控制工业机器人补偿TCP坐标系X轴、Y轴和Z轴的位置误差。

2.根据权利要求1所述的弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统的校准方法，其特征在于：

其中，所述初始化标定的步骤三和四、以及TCP校准程序的步骤二、三和四中，工业机器人沿其基坐标系的Z轴的下降过程，是以工业机器人的最低速度匀速下降。