0068]
【主权项】
1. 工业机器人（1)的在线校准方法，机器人（1)包括固定基座部分（2)和多链节机器 人臂（3)，链节（4)通过铰接接头（5)分别相互连接并且连接至所述机器人（1)的基座部分 (2)，其中机器人臂（3)的远端（6)能够在三维空间内关于所述基座部分（2)移动至在下文 被称为方位的任意期望位置和定向， 其特征在于： 通过刚性连接至所述机器人臂（3)的远端（6)的至少一个光源（7)生成至少三束光 线， 至少一个光学位置传感器（12)适用于在二维平面中确定影响所述传感器的光线的位 置，所述传感器位于关于机器人的基座部分（2)的固定方位，使得在所述机器人臂（3)的远 端（6)的预先限定校准方位中，由至少一个光源（7)生成的光线中的至少一些影响所述传 感器（12)或影响所述传感器（12)中的至少一个， 通过来自机器人控制器（Ia)的控制信号驱动机器人臂（3)的远端（6)至预先限定校 准方位，其中所生成的光线的至少一些在特定位置（20)中影响所述传感器（12)或影响所 述传感器（12)中的至少一个， 确定使所生成的光线影响所述传感器（12)或影响所述传感器（12)中的至少一个的位 置（20)， 通过迭代闭环控制过程驱动所述机器人（1)，使得影响所述传感器（12)或影响所述传 感器（12)中的至少一个的光线的位置（20)移动至先前限定的位置（20'），先前限定的位 置（20'）表征在所述机器人（1)的先前状态中机器人臂（3)的远端（6)的校准方位， 当影响所述传感器（12)或影响所述传感器（12)中的至少一个的光线达到先前限定的 位置（20'）时，确定所述机器人臂（3)的特征参数，所述特征参数在机器人控制器（Ia)中 明确地表征所述机器人臂（3)的远端（6)的方位， 对于这些预先限定的位置（20'），将所确定的特征参数与所述机器人臂（3)的对应的 先前限定的特征参数进行比较，所述机器人臂（3)的先前限定的特征参数限定在先前状态 中所述机器人（1)的运动模型， 所确定的特征参数和对应的先前限定的特征参数之间的差用于更新所述机器人（1) 的运动模型，以及 所述机器人（1)的已更新的运动模型适用于在所述机器人（1)的常规操作期间用来将 所述机器人臂（3)的远端（6)的初始方位纠正到更准确的方位，所述初始方位是在机器人 (1)的常规操作期间由所述机器人控制器（Ia)所发出的控制信号导致的，所述更准确的方 位考虑在所述机器人（1)的常规操作期间发生的所述机器人臂（3)的不准确性。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由至少一个光源（7)生成的光线在至少两 个正交平面中延伸。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个光源（7)包括激光或至 少一个半导体光源尤其是发光二极管LED。
4. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个光源（7)生成 在对人眼可见或对人眼不可见的光的频率范围内的光线，在对人眼不可见的光的频率范围 尤其包括红外IR频率范围或紫外UV频率范围。
5. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述机器人臂（3)的特征参 数包括机器人臂的铰接接头的当前角度值（?,?，…，qNmtoMFs)或当前方位值，包括所述机 器人臂（3)的远端（6)的位置（X，y, z)和旋转（a,b, c)。
6. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，对于多个不同的校准方位重 复所述方法，多个不同的校准方位中的每一个以使所生成的光线影响传感器（12)或传感 器（12)中的至少一个的特定位置（20'）为特征。
7. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，对于每个校准方位，对所述机 器人臂（3)的多个不同校准姿势重复所述方法，多个不同校准姿势中的每一个对应于铰接 接头（5)的特定角度值。
8. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，机器人的先前状态是所述机 器人（1)的冷却状态，并且校准方法在所述机器人（1)的温热状态中执行。
9. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述传感器（12)包括具有以 层状半导体作为二维灵敏表面（21)的位置灵敏设备PSD，或具有以CMOS或CCD作为二维灵 敏表面（21)的数字相机。
10. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，至少一个光源（7)生成至少 三束光线。
11. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，对于所述机器人臂（3)的远 端（6)的每个校准方位，同时或按顺序生成光线。
12. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述机器人（1)的先前状 态期间，对于每个校准方位限定灵敏度矩阵，灵敏度矩阵包括：关于机器人臂（3)的特征参 数的改变以及关于传感器（12)上或传感器（12)中的至少一个上的位置（20)的对应改变 的信息，其中，机器人臂（3)的特征参数的改变是由所述机器人臂（3)的远端（6)对于由所 述机器人控制器（Ia)发出的控制信号所发起的每个自由度相对于校准方位的小位移导致 的。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在灵敏度矩阵的确定期间，所述机器人 臂（3)的远端（6)的位移包括小平移（dx'，dy'，dz'）和旋转（da，db，dc)。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，灵敏度矩阵用于通过迭代闭环控 制过程驱动所述机器人（1)，使得影响所述传感器（12)或影响所述传感器（12)中的至少一 个的光线的位置（20)移动至先前限定的位置（20'），所述先前限定的位置（20'）表征在所 述机器人（1)的先前状态中所述机器人臂（3)的远端（6)的校准方位。
15. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述机器人（1)的先前状 态期间，对于每个校准位置，通过激光追踪器、坐标测量机器CMM或位于与外部坐标系统和 机器人基座（2)的限定关系中的任意其它测量工具，确定并且存储所述机器人臂（3)的远 端（6)的绝对值。
16. 根据权利要求12-14中的一项所述的方法，其特征在于，在所述机器人（1)的先前 状态期间，对于每个校准位置和对于每个相应小位移，通过激光追踪器、坐标测量机器CMM 或位于与外部坐标系统和机器人基座（2)的限定关系中的任意其它测量工具，确定并且存 储所述机器人臂（3)的远端（6)的绝对值。
17. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，如果光线的实际位置（20) 和在传感器（12)或在传感器（12)的至少一个上的预先限定的位置（20'）之间的误差尤其 最小均方误差达到最小值，则认为影响传感器（12)的光线到达预先限定的位置（20'）。
18. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，生成光线使得光线的相交位 于所述机器人臂（3)的远端（6)的远处。
19. 用于工业机器人（1)的在线校准的校准系统（30)，机器人（1)包括固定基座部分 (2)和多链节机器人臂（3)，链节（4)通过铰接接头（5)分别相互连接并且连接至机器人 (1) 的基座部分（2)，其中机器人臂（3)的远端（6)能够在三维工作空间内关于基座部分 (2) 而移动至下文称为方位的任意期望位置和定向，其特征在于，所述校准系统（30)包括 用于执行根据一个或多个前述权利要求所述的方法的装置（7, 12)。
20. 包括固定基座部分（2)和多链节机器人臂（3)的工业机器人（1)，链节（4)通过铰 接接头（5)分别相互连接并且连接至机器人（1)的基座部分（2)，其中机器人臂（3)的远端 (6)能够在三维工作空间内关于基座部分（2)而移动至下文称为方位的任意期望位置和定 向，其特征在于，所述工业机器人（1)包括根据权利要求19所述的校准系统（30)以实现机 器人（1)的在线校准。
【专利摘要】本发明设计工业机器人(1)的在线校准的方法。机器人(1)包括固定基座部分(2)和多个链节机器人臂(3)。链节(4)分别相互连接并且通过铰接接头(5)连接至机器人(1)的基座部分(2)。机器人臂(3)的末端受动器(6)可以在三维工作空间内相对基座部分(2)移动至任意期望方位。这个想法为将末端受动器(6)移动至预先限定的校准方位并且对于那个方位确定机器人(1)的特征参数。特征参数与对于那个校准方位的先前取得对应参数值进行比较。当前方位的特征参数和先前取得的参数之间的差用于纠正机器人(1)的运动模型并且在机器人(1)的正常操作期间加强远端(6)的移动的准确度。通过迭代闭环控制过程，末端受动器(6)确切移动至校准方位，其中固定地连接至末端受动器(6)的光源(7)发射影响关于机器人基座(2)固定地位置的至少一个光学位置传感器(12)。通过迭代过程，移动末端受动器(6)使得在传感器(12)上的实际光学位置(20)移动至与预先限定校准方位对应的预先限定的位置(20’)。
【IPC分类】B25J9-16
【公开号】CN104736304
【申请号】CN201380054784
【发明人】马太·阿里弗朗基斯, 亚历山德罗斯·布甘斯, 安德里亚斯·戴蒙普罗斯, 哈拉兰博斯·塔萨科斯
【申请人】伊诺斯自动化软件有限责任公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年10月17日
【公告号】CA2888603A1, EP2722136A1, US20150266183, WO2014060516A1