[发明专利]一种关节臂式坐标测量机的自标定系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种关节臂式坐标测量机的自标定系统及方法，属于自标定领域。

背景技术

关节臂式坐标测量机是一种多自由度坐标测量设备，现在多用在工业现场测量、产品逆向设计等领域。关节臂式坐标测量机采用类似关节机器人的空间开链式结构，这种结构使关节臂式坐标测量机具有体积小、测量范围大、灵活轻便的特点，但这种结构形式存在误差累积放大的缺点，各级关节的结构参数误差会被逐级放大，从而造成测量机的精度降低。

运动学标定是消除关节臂式坐标测量机结构参数误差的有效方法，但由于结构形式的巨大差异，传统的正交坐标测量机的标定方法无法直接应用于关节臂式坐标测量机上，而机器人领域的标定方法一般都要借助激光跟踪仪、激光干涉仪等昂贵的精密测量仪器，且标定操作步骤繁琐、标定时间长，因此也应用成本很高。目前研究较多的基于单点的标定方法，由于关节臂式坐标测量机的运动空间受限，部分关节运动不充分，因此采集到的数据相似度较高，在结构参数解算时容易陷入局部极小解，得到的结构参数精度较低，从而无法有效提高关节臂式坐标测量机的精度。

发明内容

本发明提供了一种关节臂式坐标测量机的自标定系统及方法，通过增大标定操作时各关节的运动空间，使采集到的数据广泛而无死角，从而提高结构参数解算的鲁棒性和精度，并提高关节臂式坐标测量机的精度。

本发明的技术方案是：一种关节臂式坐标测量机的自标定系统，包括自标定装置、关节臂式坐标测量机12、计算机15、自标定装置电缆16、关节臂式坐标测量机电缆17，所述计算机15含有数据采集卡；其中自标定装置通过自标定装置电缆16与计算机15连接通讯，关节臂式坐标测量机12通过关节臂式坐标测量机电缆17与计算机15连接通讯；通过计算机15控制数据采集卡采集自标定装置的有效长度和关节臂式坐标测量机12的转角；所述自标定装置的有效长度为基准球3球心和钢球测头11球心的距离。

所述自标定装置包括磁性锥座1、固定平台2、基准球3、支撑轨4、连接杆5、滑动轨6、保护壳7、光栅尺8、光栅读数头9、磁性锥孔杆10、钢球测头11、保护壳固定螺栓13、读数头安装螺栓14；其中磁性锥座1通过螺栓安装在固定平台2上，基准球3依靠磁力与磁性锥座1连接，基准球3与导向副的支撑轨4通过连接杆5连接在一起，导向副由支撑轨4、滑动轨6和保护壳7组成，支撑轨4上安装有光栅尺8，滑动轨6上通过读数头安装螺栓14安装有光栅读数头9，保护壳7通过保护壳固定螺栓13安装在支撑轨4上用以保护光栅尺8和光栅读数头9，由光栅读数头9将当前自标定装置的有效长度读取出来，用于结构参数辨识计算，磁性锥孔杆10的一端通过螺纹与滑动轨6连接，磁性锥孔杆10的另一端的锥孔与钢球测头11通过磁力连接，钢球测头11安装在关节臂式坐标测量机12上。

所述基准球3为钢质基准球。

一种关节臂式坐标测量机的自标定方法，所述方法的具体步骤如下：

Step1、上电，打开自标定装置和关节臂式坐标测量机12；

Step2、将自标定装置与关节臂式坐标测量机12回零，并将钢球测头11与磁性锥孔杆10吸合，则实现自标定装置与关节臂式坐标测量机12连接在一起；

Step3、将关节臂式坐标测量机12移动至初始位姿且满足初始化计数变量i＝0；

Step4、判断是否完成了标定数据采集操作：

若尚未完成则转至步骤Step5；若已完成标定数据采集操作则转至步骤Step8；

Step5、计数变量自增1：i＝i+1；

Step6、通过数据采集卡采集第i组自标定装置的有效长度l_i和关节臂式坐标测量机12的转角数据；

Step7、变换关节臂式坐标测量机12的位姿，变换的原则为：按照关节顺序的大小依次变换每个关节的转角；其中所有关节变换次数之和为n且每个关节变换的次数为5次以上(包括5次)；每变换一次之后就返回到步骤Step4进行判断；

Step8、完成标定数据采集后，令n＝i；

Step9、利用采集到的数据和关节臂式坐标测量机的运动学方程列出n个方程，每个方程的形式为：