[发明专利]工业机器人的工具中心点位置标定方法及系统

权利要求书

1.一种工业机器人的工具中心点位置标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量机器人末端法兰盘的三个孔位置处靶球的球心坐标，三个孔位置处靶球的球心位于同一个圆上，根据测得靶球的球心坐标确定出第一平面方程，结合靶球球心与圆心之间的圆心方程，计算出圆心的坐标；根据所述第一平面方程和所述圆心的坐标，计算经过所述圆心且垂直与第一平面的法线方程，从而确定出法兰坐标系的Z轴方向向量；

2)测量机器人末端法兰盘平面上靶球的球心坐标，定义过球心且平行于第一平面的平面为第二平面，结合第一平面和第二平面的平行关系，计算第二平面方程，进而计算出第一平面和第二平面之间的距离；根据该距离以及第二平面与法兰盘平面间的距离，求出第一平面与法兰盘平面之间的距离，根据该距离结合所述第一平面的法线方程，计算法兰坐标系的原点坐标；

3)测量法兰盘平面上位置L处放置的靶球的球心坐标，所述法兰盘的中心到位置L处的方向为法兰坐标系的X轴方向，由于步骤1中所求的圆心坐标到L处靶球球心坐标的方向与X轴方向平行，因此根据位置L处靶球的球心坐标和所述圆心的坐标，计算出法兰坐标系的X轴方向向量，并结合Z轴方向向量，求出法兰坐标系的Y轴方向向量；

4)根据法兰坐标系的原点坐标以及X轴、Y轴、Z轴方向向量，计算得到法兰坐标系与测量仪器坐标系的位姿变换矩阵；

5)法兰盘末端安装工具后测量固定在工具上的靶球球心坐标，利用所述位姿变换矩阵，将该球心坐标变换至法兰坐标系下，得到工具中心点在法兰坐标系下的坐标。

2.根据权利要求1所述的工业机器人的工具中心点位置标定方法，其特征在于，所述第一平面方程如下：

Ax+By+Cz+d₁＝0

式中，A、B、C、d₁均为第一平面方程的参数。

3.根据权利要求1所述的工业机器人的工具中心点位置标定方法，其特征在于，所述圆心方程如下：

式中，(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),(x₃,y₃,z₃)为三个孔位置处靶球的球心坐标，R为圆心到靶球球心的距离，(x,y,z)为待求的圆心坐标。

4.根据权利要求2所述的工业机器人的工具中心点位置标定方法，其特征在于，所述第一平面的法线方程如下：

式中，(x₄,y₄,z₄)为步骤1)计算出的圆心的坐标。

5.根据权利要求2所述的工业机器人的工具中心点位置标定方法，其特征在于，根据法兰盘上放置的靶球球心坐标，结合第一平面和第二平面的平行关系，所述第二平面的平面方程以及第一平面与第二平面间的距离计算式如下：

Ax+By+Cz+d₂＝0

d＝|d₁-d₂|

式中，A、B、C、d₂均为第二平面方程的参数；d为第一平面与第二平面间的距离。

6.根据权利要求5所述的工业机器人的工具中心点位置标定方法，其特征在于，所述第一平面与法兰盘平面之间的距离计算式如下：

s＝r-d

式中，s为第一平面与法兰盘平面之间的距离，r为第二平面与法兰盘平面之间的距离，d为第一平面与第二平面之间的距离。

7.根据权利要求6所述的工业机器人的工具中心点位置标定方法，其特征在于，所述法兰坐标系的原点坐标为其中，A、B、C、x₄、y₄、z₄均为第一平面的法线方程中的参数。

8.一种工业机器人的工具中心点位置标定系统，包括坐标测量仪器、存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器采集连接所述坐标测量仪器，所述坐标测量仪器用于按照权利要求1-7任一项所述的方法测量各靶球的球心坐标，并将各靶球的球心坐标测量信息发送给处理器，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器在执行所述计算机程序时按照如权利要求1-7任一项所述的方法实现工具中心点的位置标定计算。