[发明专利]一种提升工业机器人工具坐标系标定精度的方法

说明书

本发明公开了一种提升工业机器人工具坐标系标定精度的方法，属于工业机器人应用控制领域。该方法在常见的“四点法”工具坐标系标定的过程中，对于每个待标定点给予精度评价，当精度达到要求时方可进行下一个标定点的标定，并且在标定点均记录好后对最终的标定结果给予一个总体的精度评价。该方法方便用户示教出合理的标定点，消除用户在标定过程中带来的人为误差，以得到高精度的工具坐标系标定结果，进而消除由于工具坐标系标定不精准而带来的轨迹跟踪精度不高等运动问题。本发明提出的工具坐标系标定提升算法，无需添加任何标定装置，操作简单方便。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人工具坐标系的标定方法，具体说是一种提升工业机器人工具坐标系标定精度的方法。

背景技术

在工业机器人的应用中，机器人为完成特定的工作任务，需要在末端安装相应的工具，如焊枪、抓手、吸盘等。为了方便示教和编程，往往需要标定工具坐标系，将机器人的末端点从法兰中心移至工具的末端点。

工业机器人行业中，常见工具坐标系标定方法为“四点法”，移动机器人将工具的末端点对准一固定针状尖物(标定装置)的尖端，记录工具末端点对准尖端时机器人的四个不同姿态时的位姿，利用最小二乘法，标定出工具坐标系位置参数，如式(1)。(参考文献：刘成业，李文广,等.一种机器人工具坐标系标定方法[J].山东科学,2012,25(1):69-74)。

式中，p_x，p_y，p_z为工具坐标系位置参数标定结果，R₁～R₄为四个标定点所对应的旋转矩阵，(e_x1,e_y1,e_z1)～(e_x4,e_y4,e_z4)为四个标定点所对应的位置坐标。

工具坐标系标定精度的高低，直接影响机器人运行时的轨迹精度。“四点法”的标定方式，需要人为的对准标定装置的尖端，需要保证四点均对准尖端的同一个位置，这样必然会有一定的误差，很难保证最终的标定精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种提升工业机器人工具坐标系标定精度的方法，在“四点法”标定过程中，对于每一个示教的标定点均有精度评价，当所记录的标定点满足精度要求时，才可进行下一个标定点的示教，直至四点示教完成，然后再对最终的标定结果给予一个总体的精度评价，若满足则标定结束，给出标定结果。本发明方法，目的是得到高精度的工具坐标系标定结果，进而消除由于工具坐标系标定不精准而带来的轨迹跟踪精度不高的问题。

本发明的基本思路：移动机器人使得工具末端点对准标定装置的尖端，示教记录第一个点；然后变换机器人的姿态，依然要保持工具末端点对准标定装置的尖端，在此过程中，标定提升算法Part1会实时地给出当前位置作为标定点的精度评价，当评价分高于60分时，示教记录此标定点，方能成功，否则失败，需要继续移动机器人直至评价分满足才可以示教记录此标定点，并进行下一个标定点的示教，直至四个标定点完成。当四个标定点示教完成后，标定提升算法Part2给出最终的标定评价，若精度满足，则给出工具坐标系的参数，标定结束；若精度不满足，则工具坐标系标定失败，需要重新进行“四点法”标定。

由公式(1)可以看出，若四个标定点的旋转矩阵相似的话，极端的情况是存在相同的旋转矩阵的话，则分母矩阵存在0项，无解。基于此，标定提升算法Part1采用四元数的描述方法评价各标定点的旋转矩阵的相似关系，给出精度评价分。

本发明为实现发明目的所采用的技术方案：一种提升工业机器人工具坐标系标定精度的方法，其步骤如下：

步骤1.记录第一个标定点姿态(A₁,B₁,C₁)，转换为旋转矩阵R₁，再转换为四元数Q₁的描述：