[发明专利]一种机器人及其工艺设备相对位姿的测定方法及测定装置

说明书

本发明涉及一种机器人及其工艺设备相对位姿的测定方法及测定装置，其特征在于，包括：测量出机器人在N个不同位置时，腕部坐标系在机器人基坐标系下的位置M_i和姿态R_i与N次测量中测量球的球心在工艺设备坐标系下的位置P_i，其中并将其带入相关公式进行求解，得到工艺设备坐标系相对于机器人基坐标系的相对位姿。本方法避免了人为观测造成的误差，使计算结果精确程度提升；测量过程更加简单方便，用测量球来采点时不需采很多点来拟合圆柱及平面以得到机器人工具坐标系的一个位置，直接采一点即可；适用于任何角度的工艺设备坐标系，不需Z向补偿工具坐标系。

技术领域

本发明涉及机器人及其工艺设备的相对位姿的测定技术领域，特别是涉及一种无需知道机器人执行端工具位姿的测定其工艺设备的相对位姿的方法。

背景技术

目前行业内机器人及其工艺设备的相对位姿的测定方法较普遍的主要有两种思路：

方法1：用已知的机器人工具坐标系碰触其工艺设备上的有精度要求的N(N＞＝3)个范围足够大的点，机器人记录下这N个点在自身基坐标的值，另外通过工艺设备的CAD数模得知这N个点在其工艺设备坐标系下的值，通过最小二乘法拟合得到机器人及其工艺设备的相对位姿。

方法2：用已知的机器人工具坐标系在空间走任意N(N＞＝3)个范围足够大的点，机器人记录下这N个点在自身基坐标的值，另外使用激光追踪仪测得这N个点在工艺设备坐标系下的值，通过最小二乘法拟合得到机器人及其工艺设备的相对位姿。例如陈晓颖，汤中华在《工件坐标系的标定方法、装置及工件加工处理方法、装置》中取N＝3(没有说明是通过数模得到还是测量得到点在工件坐标系下的值)。

以上两种方法均需在得到机器人执行末端工具坐标系的前提下才可以进行，而手动示教通过肉眼得到工具坐标系精度很难做到1mm以内，即使采用某种测量手段较高精度地测得了工具坐标系值，在方法1中对点时和方法2中使用靶标对应工具坐标系位置时也会通过肉眼判断而引入了较大的观测误差，而且在方法2中，当工件坐标系Z向与机器人基座标Z向有角度时，用追踪仪采点时Z向补偿靶标半径会产生较大偏差，这些都会导致在后面的拟合计算中得不到较精确的结果。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种机器人及其工艺设备相对位姿的测定方法，消除了人工肉眼观测判断而引入的误差，不需要补偿靶标半径，在拟合的计算中可以得到精确的数据结果。

一种机器人及其工艺设备相对位姿的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

将测量球固定在机器人工具上，机器人运行N个位置，机器人记录下腕部坐标系的在机器人基坐标系下的位置M_i和姿态R_i，其中同时记录下这N次测量中测量球的球心在工艺设备坐标系下的位置P_i，其中

将所得到的N个腕部坐标系的在机器人基坐标系下的位置M_i和姿态R_i与N次测量中测量球的球心的位置P_i带入相关公式进行求解，得到工艺设备坐标系相对于机器人基坐标系的相对位姿。

优选的，所述相关公式为，已知的输入为所采集的数据M_i，R_i，P_i，

未知的参数为工艺设备坐标系相对于机器人基坐标系的位置t和姿态s；

另外设测量球的球心相对于腕部坐标系的位置为X，也为一个待求得未知参数；

存在以下方程：

令

有：