[发明专利]基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定装置，其特征在于包括系统平台(1)、靶标法兰(2)、靶标安装孔(3)、机器人导轨(4)、机器人(5)、激光跟踪仪(6)、工件(7)、数控精加工机床(8)、三坐标数控定位器(9)、上位机(10)；系统平台(1)上安装有9个通过高精密数控机床加工出的靶标安装孔(3)、三坐标数控定位器(9)、机器人导轨(4)，在三坐标数控定位器(9)上固定有工件(7)，在机器人导轨(4)上安装有机器人(5)，机器人(5)上安装有靶标法兰(2)，靶标法兰(2)上有6个靶标安装孔(3)，在靶标安装孔(3)上设有靶标，系统平台(1)外侧设有数控精加工机床(8)、激光跟踪仪(6)、上位机(10)。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定装置，其特征在于所述的机器人(5)的定位精度为±0.692mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定装置，其特征在于所述的上位机(10)、机器人(5)、激光跟踪仪(6)之间通过RS485以太网连接实现Socket通讯，以字符串的形式发送数据、命令、请求，通过上位机(10)完成测量数据和计算数据的备份和保存。

4.一种使用如权利要求1所述装置的基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定方法，其特征在于包括标定世界坐标系(11)、标定靶标工具坐标系(12)、标定BASE坐标系(13)和标定TRACK坐标系(14)，标定BASE坐标系(13)包括标定BASE坐标系(13)各坐标轴方向和标定BASE坐标系(13)原点，其中，

标定世界坐标系(11)的步骤为：

a)测量9个靶标在激光跟踪仪坐标系(16)下的位置；

b)将靶标在激光跟踪仪坐标系(16)下的空间实际位置与理论位置进行匹配计算，获取激光跟踪仪坐标系(16)在世界坐标系(11)下的姿态；

c)根据激光跟踪仪坐标系(16)与世界坐标系(11)的位姿转换关系，将激光跟踪仪测量坐标系(16)转站到世界坐标系(11)下；

标定BASE坐标系(13)各坐标轴方向的步骤为：

d)使机器人(5)沿BASE坐标系(13)的X轴运动，连续测量靶标(3)的位置，拟合一条直线即机器人BASE坐标系(13)的X轴方向；使机器人沿BASE坐标系(13)的Y轴运动，连续测量靶标的位置，拟合一条直线即机器人BASE坐标系(13)Y轴的方向；

e)通过机器人BASE坐标系(13)的X轴和Y轴叉乘，计算出Z＝X×Y，即机器人BASE坐标系(13)Z轴的方向；

标定靶标工具坐标系(12)的步骤为：

f)激光跟踪仪(6)坐标系转站，使激光跟踪仪坐标系(16)的方向转站后与机器人BASE坐标系(13)的方向一致；

g)激光跟踪仪(6)控制机器人(5)以4种不同的姿态使靶标达到空间同一点，分别记录机器人(5)的工具中心点在BASE坐标系(13)下的位姿；

h)经过旋转矩阵变换，计算靶标在TOOL0坐标系中的位置；

标定BASE坐标系(13)原点的步骤为：

i)根据激光跟踪仪坐标系(16)与世界坐标系(11)的位姿转换关系，将激光跟踪仪测量坐标系(16)转站到世界坐标系(11)下；

j)上位机(10)控制机器人(5)回零，激光跟踪仪(6)测量靶标在世界坐标系(11)下的位置；

k)经过位姿矩阵变换，计算BASE坐标系(13)原点在世界坐标系(11)中的位置；

标定TRACK坐标系(14)的步骤为：

l)上位机(10)控制机器人(5)沿TRACK坐标系(14)X轴运动一段直线，每隔一段距离激光跟踪仪(6)测量靶标(3)在世界坐标系(11)下的位置；

m)将测量得到的一组数据进行直线拟合，得到TRACK坐标系(14)X轴在世界坐标系(11)下的姿态作为TRACK坐标系(14)的方向。