用于位于可移動平臺上的機器人的校準的方法技術

本發明專利技術涉及一種用于包括多個關節并且位于可移動平臺(3)上的機器人(1)關于工作對象(5)的校準的方法，該校準使用安裝在該機器人的腕關節(1d)上的測量單元(4)。該方法包括以下在軟件CAD系統中執行的第一步驟：放置該平臺和該工作對象的該CAD模型以便該機器人能夠觸及該工作對象；操作該機器人的CAD模型直到該測量單元的該CAD模型移動到關于該平臺的第一姿態以允許該工作對象上的大特征的測量為止；存儲該第一姿態；以及基于在該第一姿態從該測量單元看見的該工作對象的該CAD模型，生成該大特征的第一CAD模型。該方法包括以下在真實世界中執行的第二步驟：自動移動真實機器人(1)以實現該測量單元的該第一姿態；將真實平臺(3)移動到可以進行該第一特征的測量的位置；借助該測量單元執行該大特征的3D測量；執行該大特征的該3D測量并且基于此生成該大特征的第二CAD模型；在該大特征的該第一CAD模型與該第二CAD模型之間執行最佳適應，并且基于此來計算該CAD模型之間的6DOF姿態差異；以及指示該真實移動平臺移動并且重定向以補償所計算的姿態差異。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于包括多個關節并且位于可移動平臺上的機器人關于工作對象的校準的方法，該校準使用安裝在該機器人的腕關節上的測量單元。利用可移動平臺指自身可移動的平臺或者通過諸如卡車的其他裝置可移動的平臺。
技術介紹
即使移動機器人研究已經進行了超過20年，在制造產業中仍然沒有影響。成功的產品的實例是割草機、真空吸塵器、博物館向導和玩具，并且用于這些產品的技術對于在工業中遇到的要求難以使用。但是，存在制造產業可以受益于移動機器人以便提高機器人自動化的靈活性的應用。易于理解的一種情況是當制造如飛機、火車、船、機器、石油平臺、橋梁、建筑物、發電廠、風車等等的組件的大型結構時。如今在對于大型結構使用自動化技術時的情況中，昂貴的大型機械手是必須的，并且除了這些機械手的高成本之外，還存在將大型對象移動到固定的機械手的問題。如果在這些應用中具有移動機器人，則工作對象可以仍然處于它們被制造的地方并且移動機器人可以改為移動到該工作對象。移動機器人包括底座部和相對應該底座部可移動的多個部分，并且該底座部被安裝到可移動平臺上。在與機器人的該底座部的固定關系中定義底座坐標系。在與位于機器人的工作區域中的工作對象的固定關系中定義工作對象坐標系。必須關于機器人的底座坐標系校準該工作對象坐標系。當對于可移動平臺上的機器人的校準程序將要進行時，存在將要解決的兩個主要問題。首先是必須確定在處理期間移動平臺的放置，以及然后必須精確地測量工作對象坐標系以在由機器人執行的處理程序中使用。在移動平臺上使用工業機器人的主要技術問題是移動機器人相對于工作對象的校準以獲得大部分工業處理所需要的精度是非常困難并且耗時的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種用于關于大型工作對象來校準位于可移動平臺上的機器人的簡單并且快速的方法。通過如權利要求I中所定義的方法來實現該目的，其包括以下在軟件CAD系統中執行的第一步驟將該機器人的CAD模型、該可移動平臺的CAD模型、該機器人上的測量單元的CAD模型以及該工作對象的CAD模型加載到該CAD系統中；關于彼此放置該平臺和該工作對象的CAD模型以便該機器人能夠觸及該工作對象；操作該機器人的該CAD模型的關節直到該測量單元的該CAD模型移動到關于該平臺的第一位置和方向以允許該工作對象的第一特征的測量為止；存儲該測量單元的所述第一位置和方向；基于在所述第一位置和方向中從該測量單元看見的該工作對象的該CAD模型，生成該第一特征的第一 CAD模型；并且在該CAD系統中存儲該第一特征的該第一 CAD模型。該方法包括以下在真實世界中執行的第二步驟將真實平臺移動到可以做出該第一特征的測量的位置；自動地移動真實機器人以實現該測量單元關于該平臺的所述第一位置和方向；借助該測量單元執行該第一特征的3D測量；基于該第一特征的該3D測量，生成該第一特征的第二 CAD模型；在該第一特征的該第一 CAD模型與該第一特征的該第二 CAD模型之間執行包括縮放和旋轉的最佳適應，并且基于此來計算該CAD模型之間的6D0F姿態差異；并且指示該可移動平臺移動并且重定向以補償所計算的姿態差異。本專利技術提出了在通過教導來進行機器人編程的情況中以及在基于CAD的機器人編程的情況中關于大型工作對象校準機器人的可能性。分析的一個結果是離線編程甚至將對于移動機器人具有更重要的角色，因為這可以使得校準和編程變得或多或少的自動化。所述概念基于3D測量單元的使用。術語姿態意味著位置和方向。CAD模型意味著由CAD系統中的軟件所生成的3D模型。3D測量意味著使用3D測量單元，諸如立體照相機系統或激光掃描器，來測量對象的拓撲結構。CAD模型之間的6D0F姿態差異意味著在兩個CAD模型之間的6個自由度中的位置和方向的差異。在CAD系統中，例如在基于CAD的離線機器人編程工具中預備校準。此后，在真實世界中自動地執行校準。該方法提供平臺關于工作對象的簡單并且快速的校準，即確定在處理期間該移動平臺的放置。利用該方法實現的精確性對于機器人相對于工作對象的位置的精確性具有低的要求的應用如涂裝和物料操控是足夠的。如果在機器人編程工具中已經存在該機器人的CAD模型、該可移動平臺的CAD模型、該測量單元的CAD模型以及該工作對象的CAD模型，則在機器人編程工具中進行該校準的預備是合適的。假設3D測量單元被安裝到機器人腕關節上。為了獲得自動移動平臺放置，建議當該機器人與該工作對象處于安全距離時使用該工作對象的一部分的CAD模型作為基準。該第一特征是當該機器人與該工作對象處于安全距離即距離足夠大以避免在該校準期間該機器人與該工作對象之間的碰撞時利用該測量單元能夠測量的該工作對象的一部分。通過縮放和旋轉，調整該工作對象上的第一特征所預備的CAD模型以適應從該第一特征的測量獲得的CAD模型或者反之亦然，并且使用該姿態差異來確定該移動平臺的該位置和方向。該基準姿態是根據較早的離線分析對于該機器人獲得最大觸及性的姿態。根據本專利技術的一個實施方式，在該CAD系統中執行的步驟還包括操作該機器人的該CAD模型的關節直到該測量單元的該CAD模型移動到關于該平臺的第二位置和方向以允許該工作對象的第二特征的測量為止，其中，該第二位置比該第一位置更靠近該工作對象；存儲該測量單元的所述第二位置和方向；基于在所述第二位置和方向中從該測量單元看見的該工作對象的該CAD模型，生成該第二特征的第一 CAD模型；并且在該CAD系統中存儲該第二特征的該第一 CAD模型；并且在真實世界中執行的所述步驟還包括自動地移動該真實機器人以實現該測量單元關于該平臺的所述第二位置和方向；借助該測量單元執行該第二特征的3D測量；基于該第二特征的該3D測量，生成該第二特征的第二 CAD模型；在該第二特征的該第一 CAD模型與該第二特征的該第二 CAD模型之間執行包括縮放和旋轉的最佳適應，并且基于此來計算該CAD模型之間的該6D0F姿態差異；并且基于該第二特征的該第一 CAD模型與該第二特征的該第二 CAD模型之間的該差異，相對于該機器人的坐標系調整該工作對象的坐標系。在機器人的控制系統中執行工作對象坐標系相對于該機器人的該坐標系的該調難iF. O該工作對象坐標系必須精確地測量以便在由該機器人執行的處理程序中使用。本專利技術的該實施方式通過提供該工作對象坐標系關于該機器人坐標系的精確的確定來增加校準的精確性。此外，本專利技術的該實施方式提供工作對象相對于機器人的容易并且快速的校準。本專利技術的該實施方式適用于需要高精確性的應用諸如電弧焊、激光切割、噴水切割和裝配。為了工作對象坐標系的精確的確定，高精確性地測量一個或多個局部3D特征并且進行最佳適應以預備該特征的CAD模型。當執行機器人處理程序時，使用所測量的CAD模型的位置和方向與所預備的CAD模型的位置和方向之間的差異以補償該工作對象坐標系偏差。該第一特征和該第二特征是該工作對象上良好定義的3D特征，諸如該工作對象的邊、角、孔或突出部分。該第二特征小于該第一特征并且可以是該第一特征的一部分。但是，該第二特征還可以是該工作對象的與該第一特征獨立的一部分。利用受操作的機器人測量該第二特征以在該測量單元與該工作對象之間獲得比當測量該第一特征時更短的距離，并且因此可以利用比該第一特征更高的精確度來測量該第二特征。因本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T·布羅加爾德，
申請(專利權)人：ABB研究有限公司，
類型：
國別省市：