[发明专利]一种工业机器人运动学参数快速低成本标定装置及其方法

权利要求书

1.一种工业机器人运动学参数快速低成本标定装置，其特征在于包括两个或两个以上位置敏感器件PSD(1)、信号处理电路(2)、信号采集卡(3)、可充电电池(5)、无线数字通讯传输卡(4)及接收卡(6)、工业控制计算机(7)，接收卡(6)设置在工业控制计算机(7)内，PSD(1)的中心点为激光定位目标点，并固定在装置壳体(8)表面，各PSD之间的距离位置是已知的，将各PSD(1)、信号处理电路(2)、信号采集卡(3)、无线数字通讯传输卡(4)及可充电电池(5)集成在一起，即PSD(1)、信号处理电路(2)、信号采集卡(3)、无线数字通讯传输卡(4)依次连接，形成激光定位装置，该装置通过可充电锂聚电池(5)供电；每个PSD(1)输出信号经信号处理电路(2)给出激光光斑在PSD表面的二维位置坐标模拟值，这些模拟值通过信号采集卡(3)转换为数字量，然后经无线数字通讯传输卡(4)发送出去；接收卡(6)将接收的信息传送给工业控制计算机(7)，工业控制计算机(7)通过计算给出工业机器人的运动命令；工业控制计算机(7)通过网络接口(13)与机器人控制器(12)连接，接收工业机器人的运动命令指令和响应工业控制计算机(7)发出的读取工业机器人本体(11)关节角度请求，机器人控制器(12)和工业机器人本体(11)连接；一个激光器(9)固定安装在机器人本体(11)末端。

2.根据权利要求1所述的工业机器人运动学参数快速低成本标定装置，其特征在于PSD(1)为分段式高精度光电检测器件，具有0.1um的位置分辨力。

3.根据权利要求1所述的工业机器人运动学参数快速低成本标定装置，其特征在于激光定位装置采用无线通讯方式与工业控制计算机(7)通讯，无线数字传输检测激光光斑在PSD表面的二维位置坐标。

4.一种工业机器人运动学参数快速低成本标定方法，其特征在于步骤如下：

第一步，将各PSD(1)、信号处理电路(2)、信号采集卡(3)、无线数字通讯传输卡(4)及可充电电池(5)集成在一起，即PSD(1)、信号处理电路(2)、信号采集卡(3)、无线数字通讯传输卡(4)依次连接，形成激光定位装置，放置激光定位装置在工业机器人的可达工作空间，该位置是任意的，具体位置是不需要知道的；

第二步，工业机器人末端载着激光器(9)将激光光束(10)以不同的姿态投射到其中一个PSD的中心点(14)；工业机器人本体(11)通过激光器(9)将激光光斑任意方向投射在一个PSD表面，光斑在PSD的精确位置通过激光定位装置检测并反馈给工业控制计算机(7)，该工业控制计算机(7)基于该位置反馈和激光定位目标发修正命令给机器人控制器(12)，该机器人控制器(12)控制机器人本体(11)移动带动激光器(9)将激光光斑精确定位到目标点，即PSD的表面中心点；接着，通过工业控制计算机(7)与机器人控制器(12)的网络通信读取工业机器人的关节角度值；通过改变工业机器人末端的位姿改变激光束的方向，同样定位激光束的光斑到同一个PSD的表面中心点，同样读取工业机器人的关节角度值；

第三步，工业机器人末端载着激光器(9)将激光光束以不同的姿态投射到其它PSD的中心点；基于视觉或人工方式，控制机器人粗糙地把激光束光斑移动到PSD的表面，然后自动完成激光光束以不同的姿态精确投射到该PSD的中心点，其他过程同第二步；

第四步，计算每个PSD的中心点位置，即建立包含杆件参数误差的机器人的D-H模型，代入定位到同一个PSD表面中心点时读入的工业机器人关节角度值，获得机器人末端的位姿，由于激光器与机器人末端刚性连接，所以计算出激光束的直线方程；如果没有杆件参数误差，那么这些直线方程都应该相交于同一个PSD表面中心点，即计算出每个PSD的中心点位置；

第五步，标定工业机器人的运动学参数，由于机器人运动学参数误差的存在，导致步骤四计算的同一个PSD的中心点位置并不是同一点，以每个PSD中心点和已知的PSD之间的关系建立误差目标函数，优化目标函数到最小值，直到计算的PSD中心点位置收敛到实际的同一点，并且每个PSD之间的关系收敛到已知的位置关系，从而得出工业机器人运动学杆件参数的标定结果。