[发明专利]一种基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法

权利要求书

1.一种基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采用工业机器人自带的“六点法”进行初始标定；

步骤二、采用近似垂直姿态创建初始测量点位形；

步骤三、构建以固定参考点为球心的球面均匀分布的虚拟点；以固定参考点为球心，以参考点到机器人重定位前的原始TCP的长度为半径构建虚拟球面，在该球面上创建一定数量沿球面均匀分布的虚拟点；具体包括如下步骤：

步骤3.1、首先在以原点为球心的单位球面上产生随机分布的虚拟点作为初始状态，其坐标由球面坐标公式计算；

步骤3.2、采用力学斥力迭代法逐次更新虚拟点的坐标，最终使各点沿单位球面均匀分布；

步骤3.3、将单位球面均布的虚拟点映射为以参考点为球心的球面均布虚拟点；

步骤3.4、创建矢量旋转矩阵，转换虚拟点的位置，使其中首个虚拟点与创建初始测量点时的法兰盘中心位置重合，同时保持各虚拟点的球面均匀分布；

步骤四、创建并筛选出各理想测量点位形；

步骤五、调节各机器人实际测量点位形，实施基于球面均匀分布的精确标定。

2.根据权利要求1所述的基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，其特征在于：上述步骤一为：选取固定参考点，采用一般工业机器人自带的“六点法”进行初步标定；标定结果作为TCP的初始标定值。

3.根据权利要求1所述的基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，其特征在于：上述步骤二为：首先用末端工具近似垂直的姿态使TCP点与固定参考点重合，由示教器读取此时的机器人第六轴末端法兰盘端面中心位置和姿态数据；再结合步骤一的TCP初始标定值计算得到机器人重定位到固定参考点的近似位姿，上述机器人第六轴末端法兰盘端面中心位置和姿态数据、机器人重定位到固定参考点的近似位姿作为初始测量点位形的关键数据，为后续计算提供基准。

4.根据权利要求1所述的基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，其特征在于：步骤四中所述创建并筛选出理想测量点位形，包括如下步骤：

步骤4.1、计算各理想测量点位形对应的机器人关节角：首先根据步骤三的虚拟点数据确定各理想测量点位形对应的机器人第六轴末端位姿，再根据运动学逆解得到理想测量点位形对应的机器人关节角；

步骤4.2、筛选理想测量点位形：按步骤4.1得到的机器关节角，在离线编程仿真软件中逐组调节虚拟机器人到对应理想测量点位形，剔除其中关节角超限、连杆之间发生碰撞的位形组。

5.根据权利要求1所述的基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，其特征在于：步骤五包括如下步骤：

步骤5.1、得到实际测量点位形数据：通过机器人的示教调试步骤四筛选后可供调节的机器人理想测量点位形，得到实际测量点位形对应的机器人关节角及其对应的机器人第六轴末端位姿；

步骤5.2、标定计算，得出最终标定结果：首先通过最小二乘球面拟合得到最终标定的固定参考点坐标，再根据运动学约束关系得到每个测量点位形计算的TCP位置标定值，取平均值作为最终的TCP位置标定结果。