[发明专利]一种多点激光测距分布式机器人校准系统与方法

说明书

本发明提出一种多点激光测距分布式机器人校准系统，由校准器、反射体和控制器三个部分组成。校准器有多个，内置多个激光测距传感器，分布安装于机器人工作空间内的多个不同位置；反射体安置于机器人末端并随机器人一同移动到达每个校准器的检测范围内；控制器通过电缆与所有的校准器串联相连，对每个校准器进行控制并采集相应的反射体中心的三维坐标，实现自动校准。该校准系统具有精度高、非接触、成本低、操作简单的优势，可实现多点校准，灵活多变、通用性强，不会产生电缆拖曳现象。坐标系对齐方法仅需机器人带动反射体沿着机器人坐标系内一条直线方向移动一段距离，即可实现校准系统于机器人的坐标系对齐，简单、方便、迅捷、高效。

技术领域

本发明涉及的是一种机器人校准系统，具体是一种多点激光测距分布式机器人校准系统与坐标系对齐方法。

背景技术

工业机器人的运动精度对于它在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。在工业机器人的制造生产中需要对组装好的机器人进行重复度和准确度检测，在工业机器人的使用过程之中也需要经常性地对机器人末端的位置精度进行测试与 校准。而机器人末端执行器位置参数（TCP）是机器人离线编程及机器人末端工具误差校正的基础，研究快速、准确的TCP校准方法对保证工业现场环境下机器人系统顺利正常工作至关重要。

目前工业机器人校准方法主要有以下几种：

（1）激光跟踪法：这是目前大部分的工业机器人生产商与应用商所采用的校准方法，在机器人末端安装反射镜，讲激光跟踪仪置于机器人附近并对转反射镜，利用激光跟踪仪实时测量机器人末端的三维空间坐标,由此实现机器人末端三维坐标的校准。该方法的优势在于非接触、精度高、测量范围大、通用性强。但是，这种方法也存在着操作复杂、校准效率低、调试检测速度慢、生产线停机时间长、容易因遮光而产生中断等问题，而且对检测人员专业技能要求也很高，特别是整套成本高昂（百万以上），并不适合工业机器人大批量生产与应用的校准需求。

（2）拉绳法：这种方法采用3～4个拉绳传感器置于机器人附近，由机器人末端拉动所有绳的公共端并移动，由此实现对机器人末端空间三维坐标进行实时测量与校准。采用拉绳传感器组成的校准系统具有成本低（约30万）、适用性广的优点。但是，该方法术语接触时测量，组装调试费时费力、效能差、停机时间长，而且校准精度较低，因此使用也受到限制。

（3）双目立体视觉法：部分学者和厂商提出了基于双目立体视觉的校准方法，将双目立体视觉探头安装于机器人末端，在机器人附近某个位置安装特殊形状的检测器（例如球形），通过对检测器进行检测来实现机器人末端三维坐标的在线校准。该方法具有非接触、成本低、通用性强的特点，而且可以实现在线校准等优势。但是，该方法只能对某个固定点进行校准，而且存在精度较低、机器人末端由带动电子器件移动而产生电缆拖曳等弊端。

（4）激光测距法：部分学者提出了基于激光三角测距原理的校准方法，利用三个或六个激光位移传感器形成一体式校准器，安装于机器人附近某个位置，将特制的反射体安装于机器人末端并随机器人一同移动，从而可以实现机器人末端三维坐标及姿态的在线校准。该方法具有非接触、精度高、成本低、通用性强的特点，而且可以实现在线校准等优势。为了克服该方法只能对某个固定点进行校准的缺陷与不足，部分学者提出了多点分布式校准的技术方案，利用三个或六个激光位移传感器安装于机器人末端并形成校准头，采用多组反射体分布于机器人附近多个补贴位置，从而可以实现多点分布式校准。但是，该技术方案仍然存在机器人末端由带动电子器件移动、产生电缆拖曳的弊端。

因此，市场需要一种新的精度高、成本低、多点分布式且无电缆拖曳的工业机器人校准系统。

发明内容