[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

说明书

一种基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，属于工业机器人末端工具标定技术领域。本发明以工业机器人自带的“六点法”为初步标定基础，创建初始测量点位形；采用力学斥力迭代法构建以固定参考点为球心的球面均匀分布的虚拟点，逐组调节虚拟机器人，使虚拟机器人第六轴末端中心处于各虚拟点处；最后调节实际机器人到筛选后的各测量点位形，应用最小二乘球面拟合法求解最终的TCP标定结果。本方法解决了当前固定参考点法标定时机器人姿态选择的随机性和分布的不均匀性，使机器人姿态在各测量点绕固定参考点均匀分布，最大限度增大了各测量点之间机器人姿态的差异度，可有效提高标定精度。

技术领域

本发明属于工业机器人末端工具标定技术领域，具体涉及一种基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法。

背景技术

随着我国自动化制造业的快速发展，人工成本不断上升，工业机器人越来越广泛地应用于工业自动化制造领域。在实际应用中，机器人通过安装在末端法兰上的工具来完成各种作业任务，而工具中心点(Tool Central Point，简称TCP)相对于末端位置的偏移量大多是未知的，或者不准确的，机器人工具TCP标定就是计算工具端相对于机器人末端坐标系的位置辨识过程，通常在不借助外部测量工具的条件下,通过一定方法精确地计算偏移量的大小。工具标定的精度直接影响到机器人的轨迹精度，因此，准确的TCP标定方法对机器人的应用具有重要作用。

目前工业机器人工具标定方法主要有辅助设备法和固定参考点法。

中国发明专利申请“用于标定工业机器人系统的工具中心点的方法”(申请公布号CN106462140A)和中国发明专利申请“一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法及装置”(申请公布号CN105945948A)分别各自公布了一种应用于工业机器人的TCP在线快速标定方法。但其共同特征都是需要为标定专门设计一种具有光电传感器的辅助设备，这类标定方法增加了额外的硬件成本，不利于现场标定。

固定参考点法是在工业机器人末端的工作范围内设置一个固定点，然后通过调整工业机器人的关节角度，使机器人末端工具TCP多次对齐到该固定点，从而实现TCP标定。由于其无需提供外部设备，实施简易，因此成为当前主流的标定方法。目前国内外工业机器人生产商均为其生产的机器人提供了基于固定参考点的标定方法，其中以“四点法”或“六点法”居多。固定参考点法在实施过程中，影响标定精度的关键因素是多次TCP点与固定参考点重合时的机器人姿态之间的差异度，然而当前“四点法”或“六点法”在实际操作时，工作人员对机器人姿态的选择分布具有随机性，尤其是当四点都分布在参考点一侧时，因分布位置的集中限制了机器人能做姿态的幅度，导致减少了各测量点之间姿态的差异度，因此导致标定误差增大。

为解决“四点法”的标定误差问题，中国发明专利申请“一种工业机器人TCP标定方法”(申请公布号CN106502208A)公开了一种多点TCP标定方法，方法首先通过多点测量数据构建超定方程组，再采用最小二乘法实现工具标定，算法实现简便，一定程度上减小了标定误差，但该方法仍未解决由于机器人姿态选择分布的随机性导致姿态之间差异度无法优化的问题，由于超定方程组系数矩阵由不同测量点时机器人末端姿态矩阵之差构成，当机器人姿态分布不均匀时，会增大矩阵条件数而形成病态使标定结果产生误差。

发明内容

为解决固定参考点法在实施过程中存在的现有技术不足，本发明提供了一种基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，本方法的目的在于解决机器人姿态选择分布的随机性，使机器人姿态在各测量点绕固定参考点均匀分布，最大限度增大各测量点之间机器人姿态的差异度，实现提高标定精度的目标。

一种基于姿态均匀分布的工业机器人TCP标定方法，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；