CN104006778B - 一种工业机器人末端夹具安装位置的标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业机器人末端夹具安装位置的标定方法，包括如下步骤：(1)现场采集机器人关节角度及位置数据；(2)将步骤(1)所述数据处理并得到机器人末端夹具相对于机器人法兰盘末端坐标系的安装位置及安装姿态；(3)对步骤(2)中所述的安装位置及安装姿态进行重新定位，所述定位是在离线仿真系统中进行。本标定方法减小了施工现场与控制环境之间误差。

Description

一种工业机器人末端夹具安装位置的标定方法
技术领域
本发明涉及一种先进制造技术和装备领域内各种类型工业机器人，是一种减小现场施工中末端设备的安装位置及姿态误差的标定方法，具体涉及一种工业机器人末端夹具安装位置的标定方法。
背景技术
随着工业自动化的发展，工业机器人的使用领域越来越大，对机器人使用效率的要求越来越严格，然而，施工现场与控制环境必然存在着位置相对误差，因此如何尽量减小这些误差，对控制方法的实用性将是一个很大的考验。本方法就是根据现场数据测量来标定机器人末端夹具安装位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业机器人末端夹具安装位置的标定方法，减小施工现场与控制环境之间误差，具体技术方案如下：
一种工业机器人末端夹具安装位置的标定方法，包括如下步骤：
(1)现场采集机器人关节角度及位置数据；
(2)将步骤(1)所述数据处理并得到机器人末端夹具相对于机器人法兰盘末端坐标系的安装位置及安装姿态；
(3)对步骤(2)中所述的安装位置及安装姿态进行重新定位。
进一步地，步骤(3)所述定位是在离线仿真系统中进行。
进一步地，进一步包括步骤(4)根据仿真结果重新定位机器人安装位置及安装姿态，保证与现实安装的一致性。
进一步地，所述机器人为6轴串联型机器人。
进一步地，步骤(1)具体包括
(1-1)在现场手动操作机器人将末端夹具上3点分别运动到某一固定空间位置点；
(1-2)记录下三次的机器人6轴关节角度J1～J6；
(1-3)记录下此固定点在机器人基坐标系下的空间位置Pg(x,y,z)。
进一步地，步骤(2)具体包括，记录夹具模型上对应的3点在夹具原点坐标系下的空间位置P1(x,y,z)、P2(x,y,z)、P3(x,y,z)，该步骤优选在3D仿真环境中完成。
进一步地，步骤(2)中数据处理采用如下算法：计算公式由6Tt＝6Te*eTt得出6Te＝6Tt*[eTt]-1，其中，6Tt为法兰末端坐标系到夹具上3点确定的坐标系的转换矩阵，6Te为法兰末端坐标系到夹具原点坐标系的转换矩阵，eTt为夹具原点坐标系到夹具上3点确定的坐标系的转换矩阵。
进一步地，6Tt通过三组J1～J6及Xg，Yg，Zg可以根据下列步骤计算得出：
a.根据机器人正运动学方程分别求出三组关节坐标对应的法兰盘末端坐标系4*4矩阵M1,M2,M3)；
b.计算空间固定点Pg(x,y,z)分别在M1、M2、M3矩阵所表示空间坐标系下的空间位置，分别表示为Pａ、Pｂ、Pｃ；
c.使用上述3点根据空间3点法确定一坐标系，使用4*4矩阵表示即6Tt。
进一步地，根据步骤(2)得出的6Te，重新对夹具的安装位置和安装角度进行调整：记录三组J1～J6；
确定此固定点在机器人坐标系下坐标Pg；
确定3点在夹具坐标系下坐标P1、P2、P3，计算次三点确定的坐标矩阵eTt；
采用DH法正运动学计算矩阵，计算6Tt；
根据公式6Te＝6Tt*[eTt]-1，根据6Te调整在仿真里夹具的位置到点P；
姿态根据前3*3的数值得到是单位矩阵，姿态保持原始姿态。
附图说明
图1为T6到Te之间的位置及姿态差；
图中：T0是机器人基座坐标系，T6是机器人末端法兰盘作坐标系，Te是末端夹具的原点坐标系，在一般的仿真系统中Te与T6是重合的，但是某些情况下例如工件的不确定性，或者缺少定位以及精度要求非常高(例如打磨)的情况下，Te与T6之间的转换矩阵是不能忽视，需要标定的。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本实施例以6轴串联型机器人为例，通过采集现场机器人关节角度及位置数据，数据处理后得出机器人末端夹具相对于机器人法兰盘末端坐标系的安装位置及安装姿态。然后在离线仿真系统中进行重新定位，保证了与现实安装的一致性，从而可以减小软件与现场之间的误差。下面对标定的具体步骤进行说明：
1、获取数据
在现场手动操作机器人将末端夹具上3点分别精确运动到某一固定空间位置点，然后记录下三次的机器人6轴关节角度J1～J6，并且记录下此固定点在机器人基坐标系下的空间位置Pg(x,y,z)。然后在3D仿真环境中记录夹具模型上对应的3点在夹具原点坐标系下的空间位置P1(x,y,z)、P2(x,y,z)、P3(x,y,z)。
2、计算方法
计算公式：由6Tt＝6Te*eTt得出6Te＝6Tt*[eTt]-1
6Tt：法兰末端坐标系到夹具上3点确定的坐标系的转换矩阵(通过三组J1～J6及Xg，Yg，Zg可以根据下列步骤计算得出:
A、根据机器人正运动学方程分别求出三组关节坐标对应的法兰盘末端坐标系4*4矩阵M1,M2,M3)；
B、计算空间固定点Pg(x,y,z)分别在M1、M2、M3矩阵所表示空间坐标系下的空间位置，分别表示为Pａ、Pｂ、Pｃ；
C、使用上述3点根据空间3点法确定一坐标系，使用4*4矩阵表示即6Tt；
6Te：法兰末端坐标系到夹具原点坐标系的转换矩阵(由于现场安装误差，6Te是未知量)；
eTt：夹具原点坐标系到夹具上3点确定的坐标系的转换矩阵(方法与计算6Tt中使用3点法计算空间坐标系相同)。
3、仿真环境中调整夹具安装位置及安装角度
根据上一步骤得出的6Te，重新对夹具的安装位置和安装角度进行调整，从而保证了仿真与现场的一致性。下面是根据示例计算过程。
第一组J1～J6(-13.301,-71.458,3.892,77.673,-95.037,21.890)
第二组J1～J6(-13.059,-72.480,6.514,78.038,-95.280,23.479)
第三组J1～J6(-13.467,-62.610,-2.656,77.728,-95.591,-65.868)
此固定点在机器人坐标系下坐标Pg(1480.0,-90.0,8.0)；
工具上3点在夹具坐标系下坐标P1(-80,-15,-15)、P2(-80,-15,15)P3(-80,15,15)，计算次三点确定的坐标矩阵
采用DH法正运动学计算矩阵，
代入三组关节角度得出
空间固定点Ｐｇ在M1、M2、M3坐标系下坐标值计算得出Pa(-34.996,85.006,79.956)、Pb(-34.996,115.009,79.970)、Pc(-65.010,115.006,79.9586)根据3点确定一坐标系计算
根据公式根据6Te调整在仿真里夹具的位置到点P(-49.966,100.014，-0.037)，姿态根据前3*3的数值得到是单位矩阵，姿态保持原始姿态。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种工业机器人末端夹具安装位置的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)现场采集机器人关节角度及位置数据：
(1-1)手动操作机器人将末端夹具上3点分别运动到某一固定空间位置点；
(1-2)测量得到三次的机器人6轴关节角度J1～J6；
(1-3)测量得到此固定点在机器人基坐标系下的空间位置Pg(x,y,z)；
(2)将步骤(1)数据处理并得到机器人末端夹具相对于机器人法兰盘末端坐标系的安装位置及安装姿态：测量得到夹具模型上对应的3点在夹具原点坐标系下的空间位置P1(x,y,z)、P2(x,y,z)、P3(x,y,z)，该步骤在3D仿真环境中完成，数据处理采用如下算法：计算公式由6Tt＝6Te*eTt得出6Te＝6Tt*[eTt]-1，其中，6Tt为法兰末端坐标系到夹具上3点确定的坐标系的转换矩阵，6Te为法兰末端坐标系到夹具原点坐标系的转换矩阵，eTt为夹具原点坐标系到夹具上3点确定的坐标系的转换矩阵，其中，6Tt通过三组J1～J6及Xg，Yg，Zg可以根据下列步骤计算得出：a.根据机器人正运动学方程分别求出三组关节坐标对应的法兰盘末端坐标系4*4矩阵M1,M2,M3；b.计算空间固定点Pg(x,y,z)分别在M1、M2、M3矩阵所表示空间坐标系下的空间位置，分别表示为Pａ、Pｂ、Pｃ；c.使用上述3点根据空间3点法确定一坐标系，使用4*4矩阵表示即6Tt；根据步骤(2)得出的6Te，重新对夹具的安装位置和安装角度进行调整：测量得到三组J1～J6；确定此固定点在机器人坐标系下坐标Pg；确定3点在夹具坐标系下坐标P1、P2、P3，计算此三点确定的坐标矩阵eTt；采用DH法正运动学计算矩阵，计算6Tt；根据公式6Te＝6Tt*[eTt]-1，根据6Te调整在仿真里夹具的位置到点P；姿态根据前3*3的数值得到是单位矩阵，姿态保持原始姿态；
(3)对步骤(2)中所述的安装位置及安装姿态进行重新定位；
(4)根据仿真结果重新定位机器人安装位置及安装姿态，保证与现实安装的一致性。
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