[发明专利]工业机器人绝对精度标定系统及标定方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人绝对精度标定系统及方法。所述标定系统包括三球座装置、末端测量装置、机器人、通讯线缆及计算机等。所述标定方法包括：利用固定的三球座装置建立用于描述机器人基坐标系的世界坐标系；利用安装于机器人法兰的末端测量装置测量机器人末端位置误差信息；利用计算机读取位置误差数据和机器人关节角数据；最后，将测得的所有数据代入计算机中的绝对精度标定算法，进行迭代计算，得到描述于世界坐标系下的精确运动学模型。利用本发明的标定系统和标定方法，可以准确地标定机器人基坐标系的位姿及机器人运动学参数，进而提高机器人绝对定位精度。

技术领域

本发明涉及一种机器人标定方法，特别涉及一种工业机器人绝对精度标定系统及标定方法，至少用于实现对机器人基坐标系位姿和机器人本体运动学参数的标定，属于机器人运动学标定领域。

背景技术

随着机器人应用技术的发展，制造业企业对工业机器人离线编程技术的应用需求越来越高，尤其是在汽车制造、航空制造等行业。目前，工业机器人通常具有较高重复定位精度，但其绝对定位精度偏低，这主要是由机器人运动学参数存在误差及机器人基坐标系难以精确定位的问题引起，从而影响了包括离线编程作业在内的一些机器人应用的可靠性和精度。而机器人运动学标定可以有效地提高机器人绝对定位精度，具有较大的研究意义。

根据是否标定机器人基坐标系与外界物理环境的转换关系，机器人运动学标定可分为绝对标定与相对标定。相对标定仅考虑机器人本体运动学参数误差的标定。而绝对标定在标定运动学参数的基础上，同时对机器人基坐标系的位姿进行标定。基坐标系是描述机器人关节坐标系及末端位置的基准，因此，对机器人基坐标系的准确标定是实现机器人精确位置控制的重要前提。

传统机器人标定方法通常借助外部测量设备获取机器人位姿误差信息，如激光跟踪仪等仪器，但存在成本高、设备笨重及操作技术门槛较高的缺点。因此，新型的低成本机器人标定方法被广泛研究。这些标定方法大多利用传感器或物理约束获取机器人末端位姿误差信息，实现机器人运动学参数标定，从而提高机器人绝对定位精度。然而，现有的新型机器人标定方法，大多针对于机器人本体运动学参数的标定，属于相对标定方法，故无法对机器人基坐标系进行准确标定。

在机器人运动学标定研究领域，CN107042528A公开了一种工业机器人标定系统及方法，标定系统主要包括一种设于机器人上的末端执行器和球心距固定的两个可移动目标球体，利用两球体之间的名义距离与实际距离之间的误差建立标定算法，实现对机器人本体运动学参数的标定，但其标定算法采用距离误差模型，属于相对式标定方法，标定结果的可靠性受限，且无法标定出机器人基坐标系的准确位置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种工业机器人绝对精度标定系统及标定方法，从而克服现有技术中得不足。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种工业机器人绝对精度标定系统，其包括：三球座装置、末端测量装置、计数器及数据处理单元；所述三球座装置相对于机器人的基座固定设置，所述末端测量装置通过机器人法兰与机器人连接，所述末端测量装置还与计数器连接，所述计数器、机器人分别与数据处理单元连接。

在一些实施方式中，所述三球座装置包括三颗精密钢球和三个锥形球座，所述三个锥形球座固定在底板上，所述三颗精密钢球分别安装于三个锥形球座上。

在一些实施方式中，所述三颗精密钢球均为具有G5精度等级以上的钢球。

在一些实施方式中，所述锥形球座还与磁性机构配合，所述精密钢球至少是在所述磁性机构的磁力作用下安装于相应的锥形球座上。

在一些实施方式中，所述末端测量装置包括三个位移传感器，所述三个位移传感器成环形布局且彼此相隔120°，所述位移传感器的测量端安装有具有球形测头的测针，在所述测针接触所述三球座装置中待测的精密钢球时，所述测针的球形测头的球心能产生轴向位移。