[发明专利]基于力传感器的斜装机器人基座标系标定方法

说明书

本发明提出了一种基于力传感器的斜装机器人基座标系标定方法，包括：在工业机器人的关节末端上安装标定设备，其中，所述标定设备包括：力传感器和负载；调整所述工业机器人末端的位姿，以使得所述力传感器处在多组预设测量姿态，用于后续测量负载重力；在所述多组预设测量姿态下，同时采集所述力传感器测量到的负载重力数据，并对所述负载力数据进行平均处理，得到重力测量数据的均值，将所述重力测量数据的均值投影到基座标系，标定出基座标系的位姿及世界坐标系到基座标系的转换矩阵。本发明具有简单、易用、快速的特点。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种基于力传感器的斜装机器人基座标系标定方法。

背景技术

工业机器人是一种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的柔性自动化设备，其在工业制造领域的应用大大提高了生产效率和产品质量。随着机器人应用场景越来越多样化，为节约生产现场空间或方便机器人的操作，工业制造现场有时会采取斜装或吊装的形式固定机器人。此时，与地面安装不同的是机器人基坐标系与世界坐标系姿态不一致。基座标系的方位决定了机器人的位姿及动力学模型中的重力项，前者对离线编程意义重大；后者是基于模型控制的基础之一，若斜装或吊装下采用地面安装时的动力学模型，会导致重力项估计错误，从而影响运动控制性能和基于重力补偿的拖动示教功能。因此，为实现离线编程功能和获得良好的控制系统性能，必须先准确标定出斜装或吊装情况下的机器人基座标系方位。

现有的确定机器人基座标系方位可以采用激光测距仪等测距/角系统直接测量安装基座的倾斜角，然后手动计算世界坐标系到基座标系的转换矩阵。这些测量技术存在着设备成本高、不易现场实施、测试方法繁琐、对操作人员技术要求程度高等突出问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于力传感器的斜装机器人基座标系标定方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于力传感器的斜装机器人基座标系标定方法，包括如下步骤：

步骤S1，在工业机器人的关节末端上安装标定设备，其中，所述标定设备包括：力传感器和负载；

步骤S2，调整所述工业机器人末端的位姿，以使得所述力传感器处在多组预设测量姿态，用于后续测量负载重力；

步骤S3，在所述多组预设测量姿态下，同时采集所述力传感器测量到的负载重力数据，并对所述负载重力数据进行平均处理，得到重力测量数据的均值，将所述重力测量数据的均值投影到基座标系，标定出基座标系的位姿及世界坐标系到基座标系的转换矩阵。

进一步，在所述步骤S1中，转动所述工业机器人的关节，在所述工业机器人的关节末端上，依次安装力传感器和负载。

进一步，在所述步骤S3中，

所述力传感器测量得到的重力测量数据表达式为

为从世界坐标系到力传感器坐标系的转换矩阵，^FG为重力测量数据在力传感器坐标系下的表达式，^WG为重力测量数据在世界坐标系下的表达式，^FG投影到基座标系为

其中，^BG为重力测量数据在基坐标系下的表达式，为从力传感器坐标系到基坐标系的转换矩阵，为从世界坐标系到基坐标系的转换矩阵，其中，由标定姿态下的机器人关节角信息计算得到，为待求的基座标系位姿标定结果，m为负载质量，通过上式计算中的各个参数，从而标定出基座标系的位姿及世界坐标系到基座标系的转换矩阵。