[发明专利]基于激光跟踪仪的机器人末端执行器坐标系标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人标定技术领域，是一种机器人末端执行器工具坐标系和相机坐标系的标定方法。具体为一种基于激光跟踪仪的机器人末端执行器坐标系标定方法。

背景技术

在现代生产制造技术中，工业机器人在飞机、汽车等领域逐渐应用，机器人多用于零部件的制孔、铆接、装配等作业，并且能够大大提高生产效率、保证产品质量及其一致性、缩短生产周期等，应用工业机器人成为工业自动化的一种新趋势。在生产制造过程中，工业机器人按照预先编好的程序路径运动，到达加工工位后，通过高精度工业相机来识别工件坐标系位置，进行理论工件位置和实际位置的误差补偿，然后机器人末端执行器上的工具在工件坐标系中运动，完成相关的加工任务。

机器人运动时，必须建立精确的机器人末端执行器坐标系，主要包括识别位置用的相机坐标系和加工用的工具坐标系。目前机器人标定末端坐标系的典型方法如XYZ4点法，适用于小型工具，标定过程中目测工具固定点和参考点的接触，精度不高；借助三维绘图软件，仿真出理论坐标系和实际会有一定的误差。对于大尺寸的末端执行器，需要采用一种新的方法来准确地标定工具坐标系和相机坐标系。

发明内容

本发明为了解决工业机器人末端执行器上工具坐标系和相机坐标系准确标定的问题，通过提出一种机器人相关坐标系和激光跟踪仪坐标系的快速转换方法，解决机器人实际应用时，机器人末端执行器的快速而准确定位的问题。

末端执行器坐标系标定的实质是确定工具坐标系x_ty_tz_t、相机坐标系x_py_pz_p在法兰坐标系x_Fy_Fz_F下的位姿矩阵T_Ft和T_Fp，然后将两个位姿矩阵的参数输入到机器人对应的工具Tool1和相机Tool2坐标系中，机器人便可以识别，并进行相关的作业。

本发明的技术方案为：

所述一种基于激光跟踪仪的机器人末端执行器坐标系标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在机器人附近放置激光跟踪仪，预热激光跟踪仪，激光跟踪仪建立默认的激光跟踪仪坐标系x_my_mz_m；进给电机调至零位，缩回机器人末端执行器上的压力鼻，将标定板固定在机器人工作台上，调整机器人使压力鼻距离标定板平面为标准值l_tp，并对标定板调平，使机器人末端执行器的主轴轴线垂直于标定板；机器人末端执行器的相机能够同时拍到标定板上呈梅花状分布的5个孔，且安装在主轴刀柄上的激光跟踪仪靶球能够接收到激光跟踪仪的激光束；示教当前点为机器人HOME1点，之后标定过程中机器人都是从HOME1点出发，保证激光跟踪仪在标定坐标系过程中有固定的参考点；

步骤2：测量法兰坐标系：

步骤2.1：机器人从HOME1点出发，按一个方向绕第六轴旋转，用测量软件记录旋转过程中靶球的坐标，直至靶球接收不到激光跟踪仪的激光束；机器人返回HOME1点，再绕第六轴反方向旋转，用测量软件记录旋转过程中靶球的坐标，直至靶球接收不到激光跟踪仪的激光束；根据记录的靶球坐标拟合出第六轴旋转圆和第六轴旋转平面；机器人返回HOME1点，按一个方向绕第五轴旋转，用测量软件记录旋转过程中靶球的坐标，直至靶球接收不到激光跟踪仪的激光束；机器人返回HOME1点，再绕第五轴反方向旋转，用测量软件记录旋转过程中靶球的坐标，直至靶球接收不到激光跟踪仪的激光束；根据记录的靶球坐标拟合出第五轴旋转圆和第五轴旋转平面；

步骤2.2：利用测量软件测得第五轴旋转圆的圆心O₅点到第六轴旋转平面的距离D₅₆，进而得到法兰坐标系x_Fy_Fz_F原点O_F到第六轴旋转面的距离D_F6为：

D_F6＝D₅₆-H