[发明专利]机器人基坐标系的非接触式高精度标定方法及其应用

摘要

本发明公开了一种机器人基坐标系的非接触式高精度标定方法，包括以下步骤：步骤一，安装标定指工装；步骤二，标定取点；步骤三，通过坐标变换的算法，得到机器人的基坐标系的标定矩阵。本发明借助于激光测量仪的高精度以及非接触式测量的优点，通过机器人内部关节的位置编码器以及标定指工装套，应用坐标变换的算法，能够实现对机器人基坐标系的非接触高精度的标定，并且与单台机器人工件坐标系的非接触式高精度标定方法以及单台机器人工具坐标系的非接触式高精度标定方法的配合应用，可以实现对整个机器人系统的非接触高精度的标定。本发明还公开了一种多台机器人之间位姿的非接触式高精度标定方法。

主权项

一种机器人基坐标系的非接触式高精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，安装标定指工装；对于前端未装任何工具体的机器人，标定指工装采用机器人法兰盘加长杆和空间点位定位装置；安装方法为：将机器人法兰盘加长杆安装到法兰盘上，然后将空间点位定位装置吸附于或者装配于机器人法兰盘加长杆的自由端孔处；对于前端已装工具体的机器人，标定指工装采用空间点位定位装置，安装方法为：将空间点位定位装置直接吸附于或者装配于工具体的相应位置；步骤二，标定取点；在空间中取至少三个点P₁、P₂、P₃，激光测量仪在激光测量仪坐标系下测得P_1j(x₁,y₁,z₁)、P_2j(x₂,y₂,z₂)、P_3j(x₃,y₃,z₃)，在P₁点进行圆拟合后得到P_ej(P_ex,P_ey,P_ez)；三个点P₁、P₂、P₃的取点方法为：空间点位定位装置上的测量球在空间任意一点P₁，测量球从P₁点沿机器人基坐标系的x正方向运行一段距离后得到P₂，测量球从P₁点向第一象限或第四象限运行一段距离后得到P₃；步骤三，通过坐标变换的算法，得到机器人的基坐标系的标定矩阵；通过上述测得的P_1j(x₁,y₁,z₁)、P_2j(x₂,y₂,z₂)、P_3j(x₃,y₃,z₃)和圆拟合得到的P_ej(P_ex,P_ey,P_ez)，求解激光测量仪坐标系到机器人基坐标系的齐次变换矩阵从而实现对机器人基坐标系的标定；其中：其中，j为激光测量仪的坐标系，P_1j为P₁点在激光测量仪坐标系j下的坐标，P_2j为P₂点在激光测量仪坐标系j下的坐标，P_3j为P₃点在激光测量仪坐标系j下的坐标，P_ej为机器人末端坐标系原点在激光测量仪坐标系j下的坐标，ⁱH_j为激光测量仪坐标系j到机器人基坐标系i的齐次变换矩阵，^jT_i为机器人基坐标系i到激光测量仪坐标系j的原点位置矢量，^eT_i为机器人基坐标系i到机器人末端坐标系e的原点位置矢量，ⁱR_j为激光测量仪坐标系j到机器人基坐标系i的旋转矩阵，P_ex为机器人末端坐标系原点在激光测量仪坐标系j下的坐标的x分量，P_ey为机器人末端坐标系原点在激光测量仪坐标系j下的坐标的y分量，P_ez为机器人末端坐标系原点在激光测量仪坐标系j下的坐标的z分量；为激光测量仪坐标系j的x轴正向向量与机器人基坐标系i的x轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的x轴正向向量与机器人基坐标系i的y轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的x轴正向向量与机器人基坐标系i的z轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的y轴正向向量与机器人基坐标系i的x轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的y轴正向向量与机器人基坐标系i的y轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的y轴正向向量与机器人基坐标系i的z轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的z轴正向向量与机器人基坐标系i的x轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的z轴正向向量与机器人基坐标系i的y轴正向向量的夹角的余弦值，为激光测量仪坐标系j的z轴正向向量与机器人基坐标系i的z轴正向向量的夹角的余弦值。