[发明专利]基于激光跟踪仪的一种工业机器人基坐标系标定方法

权利要求书

1.基于激光跟踪仪的一种工业机器人基坐标系标定方法，其特征在于步骤如下：

(1)调整机器人至适当空间位置，在机器人安装面上安装三个靶标座，靶标座相距一定距离，且不位于一条直线上；将激光跟踪仪放置在固定位置上。将一靶标座安装在机器人末端的定位孔上，将靶标放置于靶标座上；

(2)建立各坐标系：{Base}为机器人基坐标系，其位姿固定，需要测量其相对于可测坐标系的关系；{Flange}为机器人末端坐标系，位置位于末端中心，姿态由机器人内部确定；{Ba}为靶标坐标系，位置位于机器人末端靶球的中心，姿态与机器人基坐标系相同；{Laser}为激光跟踪仪坐标系，位姿由激光跟踪仪内部确定；{DB}为安装面靶标坐标系，由安装面上三个靶标所确定；

(3)根据各坐标系间的变换关系，可以得到

(4)确定位姿矩阵移动机器人至特定位置，得到机器人内部读取的末端{flange}自由度位姿参数，经计算转换为4×4位姿矩阵该矩阵为{Flange}相对于{Base}的位姿矩阵；

(5)确定位姿矩阵设靶球中心A在末端坐标系中的齐次坐标^flangeA＝(x_Ba,y_Ba,h,1)^T，其中x_Ba,y_Ba为已知参数，h代表靶球中心到末端法兰平面的距离；靶标坐标系{Ba}相对于末端坐标系{Flange}的位姿矩阵

(6)确定位姿矩阵激光跟踪仪读取末端靶球位置信息作为位姿矩阵的平移向量；控制机器人沿其x轴方向运动特定距离，共移动n次，再分别沿y轴，z轴方向按同样方式移动特定距离，分别记录靶球中心的位置数据将所得三组数据分别用最小二乘法进行直线拟合，得到X，Y，Z三个方向向量为n_x＝(a_x,c_x,1)、n_y＝(a_y,c_y,1)、n_z＝(a_z,c_z,1)；经过单位化得到坐标系{Ba}各方向分量，综上得到位姿矩阵中的旋转矩阵；

(7)根据各坐标系间的相对位姿关系计算出

(8)确定安装面靶球坐标系{DB}相对于{Laser}的位姿矩阵根据得到{DB}相对于基坐标系{Base}的位姿矩阵。其中坐标系{DB}由三个靶标点所确定。

2.根据权利要求1所述机器人的基坐标系标定方法，其特征在于步骤5中所述h的求取方法为：使用靶球在末端平面上测量三个点，分别为点B＝(x_B,y_B,z_B)^T，点C＝(x_C,y_C,z_C)^T、点D＝(x_D,y_D,z_D)^T，向量与叉乘，得到平面BCD的法向量进而得到平面BCD的方程的表达式为a(x-x_B)+b(y-y_B)+c(z-z_B)＝0，

靶标中心A到平面BCD的距离d的表达式为最后得到靶球中心到法兰平面的距离

3.根据权利要求1所述机器人的基坐标系标定方法，其特征在于步骤6中得到的X，Y，Z三个方向向量由于机器人运动时存在误差，并非严格垂直，因此需经过正交化处理，得到严格垂直且单位化的方向分量，得到的x轴方向分量为Y轴方向分量由表示；Z轴方向分量为

4.根据权利要求1所述机器人的基坐标系标定方法，其特征在于步骤6中，最后得到坐标系{Ba}相对于{Laser}的位姿矩阵为：