[发明专利]基于非完整位姿信息的机器人运动学标定装置及标定方法

说明书

本发明公开了基于非完整位姿信息的机器人运动学标定装置及标定方法，装置包括自左向右依次固定连接的磁性基座、基座固定板、位移平台和法兰盘，以及吸附在磁性基座中的靶球和用于测量靶球空间坐标的激光跟踪仪，法兰盘用于与工业机器人的末端法兰盘固定连接，位移平台的位移方向与工业机器人的工具坐标系X轴平行，当位移平台处于零位状态时，靶球球心在工业机器人的末端法兰盘中心轴线上。本发明可测量出机器人末端空间位置数据和一维姿态数据，将位置将位置误差模型融合一维姿态模型建立的非完整位姿误差模型辨识的参数与全位姿误差模型基本一致，能够同样达到提高机器人标定精度的效果，同时，结构简单，成本低，性价比高。

技术领域

本发明属于工业机器人标定技术领域，具体涉及基于非完整位姿信息的机器人运动学标定装置及标定方法。

背景技术

现如今，工业机器人被广泛地应用于焊接、切削、装配等领域，但是，由于工业机器人的绝对定位精度仍然较差，尚无法适用于航天工业等精度要求较高的高端制造领域。

研究表明，机器人标定能够有效地提高机器人的精度性能，工业机器人的定位误差通常分为关节误差、几何参数误差和非几何参数误差，其中，几何参数误差占总误差的80％以上。工业机器人的几何参数标定过程主要包括建模、测量、辨识和补偿四个步骤，其中，建模步骤主要是建立几何参数误差模型，通常有位姿误差模型，位置误差模型和距离误差模型三种，位姿误差模型相对其他两种误差模型更加完备，参数的辨识结果精度相对较高。

激光跟踪仪作为工业中较为常用的高精度测量仪器，也是目前工业机器人标定的主要外部测量设备之一。该设备可测量安装在工业机器人末端的靶标的空间位置/姿态，当靶标为靶球时，仅能够测量位置信息，虽可以利用三个靶球构建坐标系，实现姿态数据测量，但因激光跟踪仪无法自动识别靶球而需要人工干预测量过程，这将大大降低工业机器人位姿测量的效率。当靶标为专用靶标时，虽能够测量位姿信息(用于建立位姿误差模型)，但价格昂贵(近20万元)。

发明内容

本发明提出一种低成本，同时，能够实现工业机器人几何参数准确辨识的基于非完整位姿信息的机器人运动学标定装置及标定方法。

本发明所采用的技术方案为：

基于非完整位姿信息的机器人运动学标定装置，包括自左向右依次固定连接的磁性基座、基座固定板、位移平台和法兰盘，以及吸附在所述磁性基座中的靶球和用于测量所述靶球空间坐标的激光跟踪仪，所述法兰盘用于与工业机器人的末端法兰盘固定连接，所述位移平台的位移方向与所述工业机器人的工具坐标系X轴平行，当所述位移平台处于零位状态时，所述靶球球心在所述工业机器人的末端法兰盘中心轴线上。

进一步地，所述位移平台的左基体与所述基座固定板通过螺钉固定连接，所述位移平台的右基体与所述法兰盘通过螺钉固定连接。

进一步地，所述磁性基座与所述基座固定板通过螺钉固定连接。

基于非完整位姿信息的机器人运动学标定方法，包括如下步骤：

步骤一、位移平台处于零位状态时，控制工业机器人的末端运动到空间某一点后，通过激光跟踪仪测量靶球的空间坐标，记为P11；

步骤二、手动调节位移平台的调节器，使左基体相对于右基体移动，移动完毕后，通过锁紧旋钮将两基体位置锁定；再次通过激光跟踪仪测量靶球的空间坐标，记为P12；

步骤三、根据空间坐标P11和P12计算工业机器人末端位置P1及轴向向量n1，P1＝P11，n1＝(P11-P12)/||P11-P12||；

步骤四、手动调节位移平台恢复零位状态并重复步骤一至四，直至达到设定测量点数，测得的空间坐标构成测量数据，空间坐标即实际位姿测量值；

步骤五、基于测量数据辨识机器人几何参数；