一种TCP精度测量及校准方法与流程

本发明涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种基于人机交互界面和autocaltcp校准设备的全自动tcp精度测量及校准方法。

背景技术：

在机器人自动加工过程中，机器人工具坐标系(tcp坐标系)是一个非常重要的坐标系，所有加工位置信息都与tcp坐标有关。但是，由于使用过程中造成的工具形变或误操作导致机器人碰撞等失误，会导致tcp坐标与实际工具位置产生偏差，最终会导致所有目标位置出现偏差。因此在恢复生产前，需确保当前tcp坐标准确。

标定tcp通常使用机器人系统的标定方法，4点法测量末端工具的坐标点位置，2点法测量末端工具的方向。该方法需要人工操作执行，且在执行4点法时需人工操作机器人以四种不同的姿态将末端工具对准同一位置，精度依靠人工保证。

dynalog公司autocal机器人重复性测试系统使用激光原理来采集数据，激光器安装在u型设备内，一侧发送，另一侧接收。对机器人设置一个程序，使机器人的末端执行器定时来探测u型设备中的某个点，每探测一次，记录该次测试的x/y/z/a/b/c坐标信息，从而测试机器人的重复定位精度，以校准机器人工具tcp。

机器人tcp的任何改变都可以通过autocal系统的“恢复校准”功能自动修正。在恢复生产之前，autocal系统要确认已修正机器人或tcp的精确度，确保稳定的品质和过程控制。autocal系统提供在线的机器人校准方案是直接与机器人通信，程序已固化，导致的需限制工具长度。

技术实现要素：

本发明提供的一种基于人机交互界面和autocaltcp校准设备的全自动tcp精度测量及校准方法，可以自定义校准步骤，摆脱了autocal原有的在线机器人校准方案中校准步骤固定而导致的需限制工具长度。tcp校准分为两步：1、初始化。2、校准。初始化只做一次，目的是确定机器人与tcp校准设备之间的位置姿态关系。

一种基于autocaltcp校准设备的tcp精度测量及校准方法，通过建立人机交互装置和autocaltcp进行通讯，打破autocaltcp校准的固化程序，通过人机交互装置编辑并发送指令控制autocaltcp完成初始化和校准过程。

初始化过程包括：一、set0-set3，三点法；二、p1-p4四点法；三、pz横向轮廓扫描法。

校准过程包括p1-p4四点法和pz横向轮廓扫描法，两步为一个循环，一个循环结束，autocaltcp校准设备会反馈校准是否完成的信息，若校准未完成，则再次循环；若完成，则结束。

初始化过程执行一次，然后重复执行校准过程。

在autocaltcp校准设备上修改参数，将刀具直径，初始化过程坐标系的z值输入。

该方法包括初始化过程上位机控制指令代码解析、初始化过程autocaltcp校准设备反馈指令代码解析、校准过程上位机控制指令代码解析和校准过程autocaltcp校准设备反馈指令代码解析。

人机交互装置包括发送模块和接收模块，发送模块发送的指令包括:初始化过程三点法的控制指令；初始化过程与校准过程的四点法控制指令；初始化过程与校准过程的扫描控制指令；autocal复位指令；初始化计算开始指令；获取初始化计算结果指令；校准计算开始指令；获取校准结果指令；激光开关指令。

机器人开始运动指令；初始化计算完成信号；初始化计算结果；校准计算完成信号；校准计算结果；激光开关状态结果。

本发明的有益效果：本项目中以采用人机交互界面作为系统主控，要求所有设备信息均由人机交互界面统一规划控制，因此需对autocaltcp校准设备的通信进行解析，并自定义人机交互界面与autocaltcp校准设备的通信。可以自定义校准步骤，摆脱原有的固有程序，可以实现tcp的自动校准，全程稳定。

附图说明

图1是本发明实施例的测量点set0-set3位置示意图；

图2是本发明实施例的测量点p1-p4位置示意图；

图3是本发明实施例的测量点pz位置示意图；

图4是本发明实施例的初始化流程图；

图5是本发明实施例的校准流程图。

具体实施方式

tcp校准分为两步：1、初始化。2、校准。初始化只做一次，目的是确定机器人与tcp校准设备之间的位置姿态关系。

tcp初始化总共有三步：1、set0-set3，三点法。2、p1-p4四点法。3、pz横向轮廓扫描法。校准过程：1、p1-p4四点法。2、pz横向轮廓扫描法，两步为一个循环。一个循环结束，tcp校准设备会反馈校准是否完成的信息，若校准未完成，则再次循环；若完成，则结束。

人机交互界面与autocaltcp校准设备采用tcp/ip通讯方式，以字符串的形式进行数据的接收与发送。

第一方面，本发明提供的一种基于人机交互界面与autocaltcp校准设备全自动tcp精度测量与校准方法，包括：

发送模块：发送的内容主要有：1、初始化过程三点法的控制指令。2、初始化过程与校准过程的四点法控制指令。3、初始化过程与校准过程的扫描控制指令。4、autocal复位指令。5、初始化计算开始指令。6、获取初始化计算结果指令。7、校准计算开始指令。8、获取校准结果指令。9、激光开关指令。

第二方面，本发明提供的一种基于人机交互界面和autocaltcp校准设备的全自动tcp精度测量与校准方法，包括：

接收模块：接收模块主要解析的内容有：1、机器人开始运动指令。2、初始化计算完成信号。3、初始化计算结果。4、校准计算完成信号。5、校准计算结果。6、激光开关状态结果。

下面结合具体的实施例及附图对基于人机交互界面和autocaltcp校准设备的全自动tcp精度测量与校准方法进行详细的描述，以使其更加清楚。

初始化过程

初始化总共需要测量8个点+1个轮廓。即set0、set1、set2、set3、p1、p2、p3、p4、pz。

测量位置如图1、图2、图3所示，步骤如图4所示。

操作流程如下：

①在autocaltcp校准设备上修改参数。将刀具直径，初始化工具坐标系的z值输入。

②执行set0-set3过程。set0-set3示教位置如图1所示，且刀具必须垂直于激光平面。测量set0时，发送autocatcp校准设备复位指令+机器人当前a1-a6关节角度+初始化工具坐标系xyzabc值+事件号+点名称。测量set1-set3时，发送机器人当前a1-a6关节角度+事件号+点名称。每发送一个点的测量信息后，对反馈数据进行解析，反馈事件号与发送事件号对应则表示该点测量完成，可继续执行机器人程序，机器人运动到下一个测量点。

③执行p1-p4过程。示教位置如图2所示，测量p1时，发送机器人当前a1-a6关节角度+初始化工具坐标系xyzabc值+事件号+点名称。测量p2-p4时，发送机器人当前a1-a6关节角度+事件号+点名称。每发送一个点的测量信息后，对反馈数据进行解析，反馈事件号与发送事件号对应则表示该点测量完成，可继续执行机器人程序，机器人运动到下一个测量点。

④执行pz过程。示教位置如图3，共需示教3个点，1、在激光中的点。2、开始扫描点，位于激光平面下。3、结束扫描点，位于激光平面上，执行扫描过程即从开始扫描点运动到结束扫描点。测量在激光中的点时，发送机器人当前a1-a6关节角度+初始化工具坐标系xyzabc值+事件号+点名称。对反馈数据进行解析，反馈事件号与发送事件号对应则表示该点测量完成，机器人运动到开始扫描点完成扫描过程。

所有点测量结束后发送初始化计算开始指令，autocaltcp校准设备反馈计算完成的信号后上位机发送初始化计算结果获取指令，对反馈信息进行解析判断初始化执行是否完成。

校准过程

更换了新工具后，校准流程如图5所示，测量点与图2和图3相同。

操作流程如下：

①首先复位autcaltcp校准设备，发送指令后对接收到的指令进行解析，接收到autocatcp反馈的复位成功代码后机器人继续运动到p1。

②执行p1-p4过程，示教位置如图2所示。测量p1点时，发送机器人当前a1-a6关节角度+校准后的新的工具坐标值(第一次时发送初始化工具坐标系)+事件号+点名称。测量p2-p4点时，发送机器人当前a1-a6关节角度+事件号+点名称。每发送一个点的测量数据后，对反馈数据进行解析，反馈事件号与发送事件号对应则表示该点测量完成，可继续执行机器人程序，机器人运动到下一个点。

③执行完p1-p4，发送校准开始计算与获取校准计算结果指令，若计算正常，则反馈计算完的工具坐标系值，此坐标值在机器人程序中需不断更新。若计算不正常，则自动流程中断。需排查故障，并复位机器人。

④执行pz过程，示教位置如图3所示。测量点时，发送机器人当前a1-a6关节角度+校准后的新的工具坐标值+事件号+点名称。对反馈数据进行解析，反馈事件号与发送事件号对应则表示该点测量完成，机器人运动到开始扫描点执行扫描过程。

⑤执行完pz，发送开始校准计算与获取校准计算结果指令。若计算正常，则反馈计算完的工具坐标系值，此坐标值在机器人程序中需不断更新。同时判断是否需要再次循环。若计算不正常，则自动流程中断。需排查故障，并复位机器人。

校准结果解析

执行完一个循环，对最后的校准计算结果进行解析，判断校准是否完成，是否需要再次循环。中间过程不做判断。

激光控制

激光的开关指令可控制autocaltcp校准设备的激光开关。