[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

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人的标定技术领域，特别是利用激光跟踪仪的一种串联式工业机器人的基坐标标定方法。

背景技术

机器人自发明以来，经过多年的发展，其技术取得许多重大的成就，机器人精度的标定问题是其中不可或缺的一部分，目前许多机器人虽然具有较高的重复定位精度，但它们的绝对定位精度相对来说却不高，这就使其成为了限制机器人行业发展的瓶颈之一。为了提高机器人的绝对定位精度，机器人标定技术应运而生。

机器人标定技术是使用参数辨识方法去处理通过先进的测量手段得到的机器人的相关数据来识别出机器人模型的准确参数，从而提高机器人绝对定位精度的过程。国内外的学者对机器人标定技术从建模、测量方法、等方面进行了广泛深入的研究，其中机器人基坐标系标定对于机器人实际应用有着很实际的作用。由于机器人基坐标系的原点是不可达的，因此，不能直接标定机器人的基坐标，这就产生了很多利用不同测量手段及工具对机器人基坐标进行标定的方法，如利用校准物体进行标定，利用多个机器人握手操作进行标定等，上述方法都需要安装相应末端器或者使用多个机器人，操作较为复杂；利用校准物体进行标定，对物体本身有很高要求，精度有待考察；而通过多机器人标定则适用于多个机器人的开发环境，对于只有单一机器人系统的条件并不适用，因此有必要发明一种采用单一机器人系统进行标定的简单方法，且该方法一次标定后无需重复标定。

本发明即是针对上述情况提供一种基于激光跟踪仪的机器人基坐标标定方法。本发明涉及串联式工业机器人，这是一种在工业自动化领域应用最广的机器人。该机器人基坐标位置不可达，为使工业机器人在使用时更加精确，需对其基坐标系进行精确定位。

本发明借助激光跟踪仪对机器人基坐标系进行标定，通过工业机器人和激光跟踪仪相互配合，标定基坐标系。激光跟踪仪具有快速、动态、高精度的特点，是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器，激光跟踪仪技术在国外航空航天制造业等重要领域中已得到普遍应用，并发挥了其他测量仪器不可替代的作用。

发明内容

鉴于以上内容，本发明提供了一种基于激光跟踪仪的工业机器人的基坐标系的标定方法，精确地标定了基坐标系在激光跟踪仪坐标系下的位姿变换矩阵。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

步骤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，保证可以测量到机器人末端位置及三个靶标座位置。将一靶标座安装在机器人末端(即6轴末端)的定位孔上，将靶标放置于靶标座上。

步骤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，位姿均由激光跟踪仪确定；{DB}为安装面靶标坐标系，由安装面上三个靶标所确定。

步骤3，根据各坐标系间相对位姿关系，得

步骤4，确定位姿矩阵移动机器人至一特定位置，得到机器人内部读取的末端6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。

步骤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：