[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

说明书

本发明公开了一种弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统及其方法，系统包括机器人控制柜、安装有焊枪的工业机器人和TCP标定装置；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两个内侧壁上，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；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。本发明具有结构简单、校准过程效率高、可有效提高工业机器人作业精度及生产线工作效率等优点。

技术领域

本发明属于机器人工具标定技术领域，尤其涉及一种弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统及其方法。

背景技术

随着工业自动化水平的不断提高以及机器人技术的发展，工业机器人在各行各业得到了广泛的应用。当应用于不同的生产线时，工业机器人末端通常需要安装不同的工具，如喷枪、夹爪、焊枪等。焊接机器人作为工业机器人的一种，其所占比例约50％，应用十分广泛。

通常焊接机器人的工具中心点TCP(Tool Center Point)是通过单约束点的人工校准方法，当长时间工作后，焊接机器人的TCP会产生一定的位姿误差，从而直接影响焊接质量的稳定性。因此需要对焊接机器人重新进行TCP校准。目前已有的TCP标定方法主要是单约束点标定法，此类方法的主要缺点在于需要人工操作，标定精度依赖于人工的操作经验，容易出现较大误差，并且需要生产线完全停滞，严重影响自动化生产线的生产效率。目前存在少数基于外部测量的标定系统，但该类系统通常造价昂贵。

因此，亟待提出一种结构紧凑、价格低廉的焊接机器人TCP快速在线标定装置及方法。该系统需要能够保证焊接机器人的作业精度，又能提高工作效率。

发明内容

本发明提供一种弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统及其方法，能够实现焊接机器人TCP的5自由度标定，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统，具有这样的特征：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；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。

本发明还提供上述弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统的校准方法，具有这样的特征：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。

进一步，本发明提供一种弧焊机器人工具坐标系在线快速校准系统的校准方法，还可以具有这样的特征：其中，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)；