[发明专利]基于间接测量法的高精度制孔机器人的工具参数标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于间接测量法的高精度制孔机器人的工具参数标定方法，属于工业机器人标定技术领域。

背景技术

近年来随着工业机器人技术的发展，以及飞机制造业对自动化、柔性化装配的迫切需求。在飞机的制造过程中用工业机器人进行自动柔性装配、部件加工如钻铆、喷漆、焊接等可以极大提高飞机生产的效率和质量的可靠性。在实际应用中，机器人是通过在末端安装不同的工具来完成各种工作。通常在作业之前需要对工具参数进行标定，工具参数的准确度对机器人的定位精度、轨迹精度都具有直接的影响。特别地当机器人由于误动作发生碰撞、刀具磨损后需要换刀时都需要重新对工具参数进行标定。所以，研究一种精确、便捷的工具坐标系标定方法就具有重要的意义。

在已有的文献中，文献“Wang Xuguang, Edward Red. Robotic TCF and Rigid-body Calibration Methods[J]. Robotica, 1997, 15:633-644.”提出的标定方法中规定工具是轴对称的回转体以及需要保证安装工具时其轴线同机器人末端关节轴线重合或平行，这些在实际操作中往往难以满足且在其方法中有些是示教无法精确作到的，因此会在标定结果中引入较大误差。文献“李瑞峰，侯琳琪，陶谦.机器人末端工具参数自动标定方法[J].哈尔滨工业大学学报, 1998,30:74-76.”提出的三种标定方法中，规定了工具原点只能在末端关节坐标系的某个坐标平面上，即位置参数只有两个。文献“牛雪娟，刘景泰.基于奇异值分解的机器人工具坐标系标定[J].自动化与仪表, 2008,3:1-4.”提出一种称为三点五步法的机器人工具参数标定方法，可以同时标定工具参数的位置参数和姿态参数，但是在标定过程中有些是示教方式无法精确作到的,这样尽管采用了最小二乘优化方法但是其标定结果还是会有较大误差，不适用于对于精度要求很高的应用场合。

上述的这些方法大多需要利用一定的外部标定工具且在标定过程中需要较多的人为参与从而会引入较大的误差较难适应对精度要求特别高的场合。 

发明内容

本发明为提高工业机器人的工具参数标定精度，针对现有技术存在的不足，而提出一种基于间接测量法的高精度制孔机器人的工具参数标定方法。

该方法包括如下步骤：

步骤1：利用激光跟踪仪建立机器人坐标系；

步骤2：建立机器人末端手腕坐标系；

步骤3：在机器人末端制孔执行装置上选一固定点作为TCP₁并借助激光跟踪仪对TCP₁的参数进行标定；

步骤4：调整机器人姿态使末端制孔执行装置的压力脚与固定在型架上的标定平板距离合适，并使刀具轴线与标定平板垂直； 

步骤5：用激光跟踪仪测量TCP₁的位置及标定平板的平面法向；

步骤6：在标定平板上钻孔，测量标定平板表面孔的中心点位置作为TCP₂的位置；

步骤7：运用机器人运动学模型求解出虚拟刀尖点即TCP₂的标定参数矩阵。

本发明方法在标定过程中共涉及到两个TCP（Tool Center Point，工具中心点），其中一个TCP₁可以通过直接测量的手段来进行标定，另一个TCP₂因为是刀具轴线上的虚拟刀尖点无法通过直接测量的手段来标定。

本发明具有如下技术效果：

1） 避免了传统机器人工具参数标定过程中的对尖等精确性不高的环节，从而提高了标定精度。

2） 本方法提出了虚拟刀尖点的概念，使提出的标定方法适用于不同规格的刀具，从而提高了方法的适用范围。

3） 采用在标定平板上钻孔的方式将虚拟刀尖点的位姿固定下来，解决了虚拟刀尖点无法测量的问题。

4） 整个标定过程可以编制成程序固定下来，即使生产任务发生改变也可以通过修改相应的程序参数来适应，从而方便地在工业现场进行应用。 

附图说明

图1为末端手腕坐标系的建立示意图。

图2为TCP间位姿关系示意图。

具体实施方式

本发明基于间接测量法的高精度制孔机器人的工具参数标定方法的步骤如下：

步骤1：利用激光跟踪仪建立机器人坐标系；

建立激光跟踪仪与机器人基坐标系之间关联的步骤为：