CN106767417B - 工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法 - Google Patents

工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法，所述方法包括工业机器人位姿测量硬件、工业机器人位姿测量流程、工业机器人位姿求解流程；所述的工业机器人位姿测量硬件按照工业机器人位姿测量流程的指示进行测量，测量的结果传输至工业机器人位姿求解流程进行工业机器人位姿的直接解算，最后得到低测量不确定度的工业机器人位姿测量结果。本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法可实现简单、低测量不确定度的工业机器人位姿测量，能够广泛应用于位姿测量领域。

Description

工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法
技术领域
本发明属于关节型、并联型等工业机器人精度、性能测量评估领域，具体涉及一种工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法。
背景技术
随着智能生产线、无人工厂的出现，工业机器人由搬运、喷涂、焊接等常规应用逐渐拓展到自动装配、尺寸检测、精密加工等精密作业中，比如飞机装配过程中利用工业机器人实现精密铆接工艺，其对位姿特性要求越来越高。
工业机器人的位姿包括其机械接口的位置和姿态，其中机械接口位置以其工具中心点位置表示，姿态为工业机器人机械接口先后绕Z轴、Y轴、X轴旋转的角度。
工业机器人姿态测量设备主要分为直接测量设备和组合测量设备。直接测量设备包括内部编码、多陀螺仪等，组合测量设备包括激光跟踪仪、高精度摄影机。其中，直接测量法主要依赖于机器人的重复性定位精度，由于其测量过程引入系统误差，降低了测量系统精度，使得直接测量设备很难满足工业机器人位姿测量精度要求；在组合测量设备中，高精度摄影机实现工业机器人姿态测量需多台设备配合，因此该系统对设备间协同性要求较高，同时其测量结果受摄像机分辨率和数据处理算法精度影响，并且在较长测量距离下很难满足10微米测量精度要求；激光跟踪仪因测量精度高、操作简单等特点在机器人位姿测量领域得到广泛应用，但其需配合位姿测量模型才能实现工业机器人位姿态测量，而现有测量模型需迭代算法求解，因此存在数据处理误差大、耗时长等缺点。
亟需充分地利用激光跟踪仪的优点，实现工业机器人位姿的直接求解，设计一种具有低测量不确定度的、简单有效的工业机器人位姿直接求解测量装置和方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工业机器人位姿的四靶球组合测量装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种工业机器人位姿的四靶球组合测量方法。
本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置，其特点是：所述的四靶球组合测量装置包括激光跟踪仪与控制器连接电缆、激光跟踪仪三角架、激光跟踪仪、配重块、激光跟踪仪控制器、四靶球测量装置；所述的激光跟踪仪通过激光跟踪仪三角架固定支撑；所述的激光跟踪仪控制器通过激光跟踪仪与控制器连接电缆与激光跟踪仪连接；所述的计算机通过控制器与计算机连接电缆与激光跟踪仪控制器连接；所述的配重块为圆柱体，配重块与待测工业机器人的机器接口固定连接，为待测的工业机器人位姿测试提供所需的额定负载；所述四靶球测量装置与配重块固定连接；
所述的四靶球测量装置包括靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ；所述的靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ为具有磁性的金属器件；所述的靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ通过磁力分别与靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ紧固连接；所述的靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ分别与配重块的连接；所述的靶球Ⅰ的球心位于工业机器人工具中心点，靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ均布于圆心在配重块轴线上的圆上。
所述的激光跟踪仪发射的激光对准四靶球测量装置中靶球球心，进行四靶球测量装置中靶球坐标测量。
本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法，其特点是，所述的四靶球组合测量方法，包括以下步骤：
S1、通过待测工业机器人的控制器，将靶球Ⅰ球心设置为待测工业机器人工具中心点；
S2、通过待测工业机器人的控制器，采用离线编程或者示教方式设置待测工业机器人在运行起点与终点处的位置和姿态；
S3、控制待测工业机器人按照设定程序依次通过起点与终点，并使其停留时间达到激光跟踪仪对靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的坐标进行测量所需时间；
S4、利用激光跟踪仪对靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的坐标进行测量，分别得到靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起点坐标和终点坐标，并通过激光跟踪仪控制器将靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起点坐标和终点坐标传递给计算机，利用计算机中的工业机器人位姿求解流程，进行待测工业机器人的位置和姿态求解。
所述的工业机器人位姿求解流程，包括以下步骤：
F1、利用靶球Ⅰ位于待测工业机器人工具中心点性质，将靶球Ⅰ的起点坐标和终点坐标作为待测工业机器人的位置坐标，进行待测工业机器人位置的直接测量，得到待测工业机器人的位置；
F2、利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起点坐标构造虚拟点Ⅰ的起点坐标，利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的终点坐标构造虚拟点Ⅰ的终点坐标，虚拟点Ⅰ位于靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ所在圆的圆心；
F3、将虚拟点Ⅰ的起点坐标在靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起点坐标构成的平面的法向方向平移，构建虚拟点Ⅱ的起点坐标；将虚拟点Ⅰ的终点坐标在靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的终点坐标构成的平面上平移，构建虚拟点Ⅱ的终点坐标；
F4、利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ与虚拟点Ⅱ的相对坐标构建姿态计算所需测量矩阵A：
其中，(x 起点，靶球Ⅱ, y 起点，靶球Ⅱ, z 起点，靶球Ⅱ)、(x 起点，靶球Ⅲ, y 起点，靶球Ⅲ, z 起点，靶球Ⅲ)、(x 起点，靶球Ⅳ,y 起点，靶球Ⅳ, z 起点，靶球Ⅳ)、(x 起点，虚拟点Ⅱ, y 起点，虚拟点Ⅱ, z 起点，虚拟点Ⅱ)为靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、虚拟点Ⅱ的起点坐标；
F5、在获得测量矩阵A基础上，利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、虚拟点Ⅱ的终点坐标，对待测工业机器人的姿态进行直接求解：
其中，R x 、R y 、R z 为待测工业机器人的姿态，A ij 为测量矩阵A的余子式，(x 终点,靶球2,y 终点,靶球2,z 终点,靶球2)、(x 终点,靶球3, y 终点,靶球3, z 终点,靶球3)、(x 终点,靶球4, y 终点,靶球4, z 终点,靶球4)、(x 终点，虚拟点Ⅱ,y 终点，虚拟点Ⅱ, z 终点，虚拟点Ⅱ)为靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、虚拟点Ⅱ的终点坐标。
本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法包括工业机器人位姿测量硬件、工业机器人位姿测量流程、工业机器人位姿求解流程；所述的工业机器人位姿测量硬件按照工业机器人位姿测量流程的指示进行测量，测量的结果传输至工业机器人位姿求解流程进行工业机器人位姿的直接解算，最后得到低测量不确定度的工业机器人位姿测量结果。
本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法具体包括激光跟踪仪测量系统、配重块、四靶球测量组合装置、工业机器人位姿测量流程、工业机器人位姿求解流程。配重块提供了工业机器人测试所需额定负载。四靶球测量组合装置包括靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ，其中靶球Ⅰ的球心位于待测工业机器人工具中心点，靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ均布于圆心在配重块轴线上的圆上。工业机器人位姿测量流程规定了靶球坐标测量规范、工业机器人运行规范。工业机器人位姿求解流程利用靶球Ⅰ位于工业机器人工具中心点的性质，实现了位置测量；利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ，实现了姿态测量。
本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置及方法可实现简单、低测量不确定度的工业机器人位姿测量，能够广泛应用于位姿测量领域。
附图说明
图1为本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置示意图；
图2为本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置中的四靶球测量装置示意图；
图3为本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法中的待测工业机器人的起点位置测量结果；
图4为本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法中的待测工业机器人的终点位置测量结果；
图5为本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法中的待测工业机器人的起点姿态测量结果；
图6为本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法中的待测工业机器人的终点姿态测量结果。
图中，1.激光跟踪仪与控制器连接电缆 2.激光跟踪仪三角架 3.激光跟踪仪 4.靶球Ⅱ 5.靶球Ⅲ 6.靶球Ⅰ 7.靶球Ⅳ 8.配重块 9.待测工业机器人 10.工业机器人安装基座 11. 激光跟踪仪控制器 12.控制器与计算机连接电缆 13.计算机 14.靶座Ⅱ 15.靶座Ⅰ 16.靶座Ⅳ 17.靶座Ⅲ 18.虚拟点Ⅰ 19.虚拟点Ⅱ；
虚线为靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ所在平面的平移法向量。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
如图1所示，本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置包括激光跟踪仪与控制器连接电缆1、激光跟踪仪三角架2、激光跟踪仪3、配重块8、激光跟踪仪控制器11、四靶球测量装置；所述的激光跟踪仪3通过激光跟踪仪三角架2固定支撑；所述的激光跟踪仪控制器11通过激光跟踪仪与控制器连接电缆1与激光跟踪仪3连接；所述的计算机13通过控制器与计算机连接电缆12与激光跟踪仪控制器11连接；所述的配重块8为圆柱体，配重块8与待测工业机器人9的机器接口固定连接，为待测的工业机器人位姿测试提供所需的额定负载；所述四靶球测量装置与配重块8固定连接；
如图2所示，所述的四靶球测量装置包括靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16为具有磁性的金属器件；所述的靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7通过磁力分别与靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16紧固连接；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16分别与配重块8的连接；所述的靶球Ⅰ6的球心位于工业机器人9工具中心点，靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7均布于圆心在配重块8轴线上的圆上。
所述的激光跟踪仪3发射的激光对准四靶球测量装置中靶球球心，进行四靶球测量装置中靶球坐标测量。
本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法包括以下步骤：
S1、通过待测工业机器人9的控制器，将靶球Ⅰ6球心设置为待测工业机器人9工具中心点；
S2、通过待测工业机器人9的控制器，采用离线编程或者示教方式设置待测工业机器人9在运行起点与终点处的位置和姿态；
S3、控制待测工业机器人9按照设定程序依次通过起点与终点，并使其停留时间达到激光跟踪仪3对靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐标进行测量所需时间；
S4、利用激光跟踪仪3对靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐标进行测量，分别得到靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标和终点坐标，并通过激光跟踪仪控制器11将靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标和终点坐标传递给计算机13，利用计算机13中的工业机器人位姿求解流程，进行待测工业机器人9的位置和姿态求解。
所述的工业机器人位姿求解流程，包括以下步骤：
F1、利用靶球Ⅰ6位于待测工业机器人9工具中心点性质，将靶球Ⅰ6的起点坐标和终点坐标作为待测工业机器人9的位置坐标，进行待测工业机器人9位置的直接测量，得到待测工业机器人9的位置；
F2、利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标构造虚拟点Ⅰ18的起点坐标，利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的终点坐标构造虚拟点Ⅰ18的终点坐标，虚拟点Ⅰ18位于靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7所在圆的圆心；
F3、将虚拟点Ⅰ18的起点坐标在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标构成的平面的法向方向平移，构建虚拟点Ⅱ19的起点坐标；将虚拟点Ⅰ18的终点坐标在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的终点坐标构成的平面上平移，构建虚拟点Ⅱ19的终点坐标；
F4、利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7与虚拟点Ⅱ19的相对坐标构建姿态计算所需测量矩阵A：
其中，（x 起点，靶球Ⅱ, y 起点，靶球Ⅱ, z 起点，靶球Ⅱ）、（x 起点，靶球Ⅲ, y 起点，靶球Ⅲ, z 起点，靶球Ⅲ）、（x 起点，靶球Ⅳ,y 起点，靶球Ⅳ, z 起点，靶球Ⅳ）、（x 起点，虚拟点Ⅱ, y 起点，虚拟点Ⅱ, z 起点，虚拟点Ⅱ）为靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虚拟点Ⅱ19的起点坐标；
F5、在获得测量矩阵A基础上，利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虚拟点Ⅱ19的终点坐标，对待测工业机器人9的起点姿态和终点姿态进行直接求解：
其中，R x 、R y 、R z 为待测工业机器人9的姿态，A ij 为测量矩阵A的余子式，（x 终点,靶球2, y 终点,靶球2,z 终点,靶球2）、（x 终点,靶球3, y 终点,靶球3, z 终点,靶球3）、（x 终点,靶球4, y 终点,靶球4, z 终点,靶球4）、（x 终点，虚拟点Ⅱ,y 终点，虚拟点Ⅱ, z 终点，虚拟点Ⅱ）为靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虚拟点Ⅱ19的终点坐标。
实施例1
一种工业机器人位姿的四靶球组合测量装置，包括如下：
如图1和图2所示，本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量装置包括激光跟踪仪与控制器连接电缆1、激光跟踪仪三角架2、激光跟踪仪3、配重块8、激光跟踪仪控制器11、四靶球测量装置；所述的激光跟踪仪3通过激光跟踪仪三角架2固定支撑；所述的激光跟踪仪控制器11通过激光跟踪仪与控制器连接电缆1与激光跟踪仪3连接；所述的计算机13通过控制器与计算机连接电缆12与激光跟踪仪控制器11连接；所述的配重块8为圆柱体，配重块8与待测工业机器人9的机器接口固定连接，为待测的工业机器人位姿测试提供所需的额定负载；所述四靶球测量装置与配重块8固定连接；
所述的四靶球测量装置包括靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16为具有磁性的金属器件；所述的靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7通过磁力分别与靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16紧固连接；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16分别与配重块8的连接；所述的靶球Ⅰ6的球心位于工业机器人9工具中心点，靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7均布于圆心在配重块8轴线上的圆上。
所述的激光跟踪仪3发射的激光对准四靶球测量装置中靶球球心，进行四靶球测量装置中靶球坐标测量。
一种工业机器人位姿的四靶球组合测量方法，包括以下步骤：
S1、通过待测工业机器人9的控制器，将靶球Ⅰ6球心设置为待测工业机器人9工具中心点；
S2、通过待测工业机器人9的控制器，采用离线编程或者示教方式设置待测工业机器人9在运行起点与终点处的位置和姿态，其中待测工业机器人9起点处的位置和姿态分别设置为（-200mm，-1000mm，-400mm）和（0o, 0o, 0o），待测工业机器人9终点处的位置和姿态分别设置为（-600mm，-600mm, 0mm）和（20o, 3o, 9o）；
S3、控制待测工业机器人9按照设定程序依次通过起点与终点，并使其停留时间达到激光跟踪仪3对靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐标进行测量所需时间；例如在S2步骤设置下，待测工业机器人9在起点处和终点处的停留时间设置为30s；
S4、利用激光跟踪仪3对靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐标进行测量，靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标分别为（-199.998mm，-1000.068mm，399.923mm）、（-225.864mm，-983.984mm，470.512mm）、（-187.887mm，-1071.060mm，366.643mm）、（-182.328mm，-939.622mm，352.337mm），靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的终点坐标分别为（-600.292mm，-599.086mm，1.56mm）、（-624.011mm，-611.717mm，73.205mm）、（-578.237mm，-650.995mm，-53.955mm）、（-595.122mm，-523.514mm，-22.795mm），并通过激光跟踪仪控制器11将靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标和终点坐标传递给计算机13，利用计算机13中的工业机器人位姿求解流程，进行待测工业机器人9的位置和姿态求解。
所述的工业机器人位姿求解流程，包括以下步骤：
F1、利用靶球Ⅰ6位于待测工业机器人9工具中心点性质，将靶球Ⅰ6的起点坐标和终点坐标作为待测工业机器人9的位置坐标，进行待测工业机器人9位置的直接测量，得到待测工业机器人9的起点位置和终点位置分别如图3、图4所示；根据图3、图4可知，待测工业机器人9起点位置和终点位置的误差分别为0.081mm和1.567mm，待测工业机器人9的起点位置和终点位置测量结果在x坐标、y坐标、z坐标上的测量不确定度分别为（0.005mm, 0.004mm,0.006mm）、（0.004mm, 0.004mm, 0.005mm），因此利用本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法所获得的待测工业机器人9起点处和终点处的位置误差具备较高的稳定性。
F2、利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标构造虚拟点Ⅰ18的起点坐标为（-198.693mm，-998.222mm，396.4973mm），利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的终点坐标构造虚拟点Ⅰ18的起点坐标为（-599.123mm，-595.409mm，-1.182mm）；
F3、将虚拟点Ⅰ18的起点坐标在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起点坐标构成的平面的法向方向平移10mm，构建虚拟点Ⅱ19的起点坐标为（189.307mm，-998.244mm，399.947mm）；将虚拟点Ⅰ18的终点坐标在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的终点坐标构成的平面上平移10mm，构建虚拟点Ⅱ19的终点坐标为（-589.680mm，-594.955mm，2.077mm）。
F4、利用起点处靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7与虚拟点Ⅱ19的相对坐标构建姿态计算所需测量矩阵A：
F5、在获得测量矩阵A基础上，利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虚拟点Ⅱ19的终点坐标，对待测工业机器人9的起点姿态和终点姿态进行直接求解，待测工业机器人9的起点姿态测量结果如图5所示，待测工业机器人9的终点姿态测量结果如图6所示；根据图5、图6可知，待测工业机器人9起点姿态和终点姿态的误差分别为0.009o和0.453o，待测工业机器人9起点姿态测量结果和终点姿态测量结果在绕x轴、绕y轴、绕z轴上的测量不确定度分别为（0.003o, 0.005o, 0.005o）、（0.002o, 0.002o, 0.001o），因此利用该方法所获待测工业机器人9终点姿态误差具备较高的可信度。
综上可知，本发明的工业机器人位姿的四靶球组合测量方法具备小于等于0.006mm的位置测量不确定度和0.005o的姿态测量不确定度，同时具备待测工业机器人9位姿的直接求解功能，使得待测工业机器人9位姿的测量过程简单、可靠。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种工业机器人位姿的四靶球组合测量方法，其特征在于：所述的四靶球组合测量方法使用的装置包括激光跟踪仪与控制器连接电缆(1)、激光跟踪仪三角架(2)、激光跟踪仪(3)、配重块(8)、激光跟踪仪控制器(11)、四靶球测量装置；所述的激光跟踪仪(3)通过激光跟踪仪三角架(2)固定支撑；所述的激光跟踪仪控制器(11)通过激光跟踪仪与控制器连接电缆(1)与激光跟踪仪(3)连接；计算机(13)通过控制器与计算机连接电缆(12)与激光跟踪仪控制器(11)连接；所述的配重块(8)为圆柱体，配重块(8)与待测工业机器人(9)的机器接口固定连接，为待测的工业机器人位姿测试提供所需的额定负载；所述四靶球测量装置与配重块(8)固定连接；
所述的四靶球测量装置包括靶球Ⅰ(6)、靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)、靶座Ⅰ(15)、靶座Ⅱ(14)、靶座Ⅲ(17)、靶座Ⅳ(16)；所述的靶座Ⅰ(15)、靶座Ⅱ(14)、靶座Ⅲ(17)、靶座Ⅳ(16)为具有磁性的金属器件；所述的靶球Ⅰ(6)、靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)通过磁力分别与靶座Ⅰ(15)、靶座Ⅱ(14)、靶座Ⅲ(17)、靶座Ⅳ(16)紧固连接；所述的靶座Ⅰ(15)、靶座Ⅱ(14)、靶座Ⅲ(17)、靶座Ⅳ(16)分别与配重块(8)的连接；所述的靶球Ⅰ(6)的球心位于工业机器人(9)工具中心点，靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)均布于圆心在配重块(8)轴线上的圆上；
所述的激光跟踪仪(3)发射的激光对准四靶球测量装置中靶球球心，进行四靶球测量装置中靶球坐标测量；
所述的四靶球组合测量方法，包括以下步骤：
S1、通过待测工业机器人(9)的控制器，将靶球Ⅰ(6)球心设置为待测工业机器人(9)工具中心点；
S2、通过待测工业机器人(9)的控制器，采用离线编程或者示教方式设置待测工业机器人(9)在运行起点与终点处的位置和姿态；
S3、控制待测工业机器人(9)按照设定程序依次通过起点与终点，并使其停留时间达到激光跟踪仪(3)对靶球Ⅰ(6)、靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的坐标进行测量所需时间；
S4、利用激光跟踪仪(3)对靶球Ⅰ(6)、靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的坐标进行测量，分别得到靶球Ⅰ(6)、靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的起点坐标和终点坐标，并通过激光跟踪仪控制器(11)将靶球Ⅰ(6)、靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的起点坐标和终点坐标传递给计算机(13)，利用计算机(13)中的工业机器人位姿求解流程，进行待测工业机器人(9)的位置和姿态求解；
所述的工业机器人位姿求解流程，包括以下步骤：
F1、利用靶球Ⅰ(6)位于待测工业机器人(9)工具中心点性质，将靶球Ⅰ(6)的起点坐标和终点坐标作为待测工业机器人(9)的位置坐标，进行待测工业机器人(9)位置的直接测量，得到待测工业机器人(9)的起点位置和终点位置；
F2、利用靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的起点坐标构造虚拟点Ⅰ(18)的起点坐标，利用靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的终点坐标构造虚拟点Ⅰ(18)的终点坐标，虚拟点Ⅰ(18)位于靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)所在圆的圆心；
F3、将虚拟点Ⅰ(18)的起点坐标在靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的起点坐标构成的平面的法向方向平移，构建虚拟点Ⅱ(19)的起点坐标；将虚拟点Ⅰ(18)的终点坐标在靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)的终点坐标构成的平面上平移，构建虚拟点Ⅱ(19)的终点坐标；
F4、利用靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)与虚拟点Ⅱ(19)的相对坐标构建姿态计算所需测量矩阵A：
其中，(x 起点，靶球Ⅱ, y 起点，靶球Ⅱ, z 起点，靶球Ⅱ)、(x 起点，靶球Ⅲ, y 起点，靶球Ⅲ, z 起点，靶球Ⅲ)、(x 起点，靶球Ⅳ,y 起点，靶球Ⅳ, z 起点，靶球Ⅳ)、(x 起点，虚拟点Ⅱ, y 起点，虚拟点Ⅱ, z 起点，虚拟点Ⅱ)为靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)、虚拟点Ⅱ(19)的起点坐标；
F5、在获得测量矩阵A基础上，利用靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)、虚拟点Ⅱ(19)的终点坐标，对待测工业机器人(9)的起点姿态和终点姿态进行直接求解：
其中，R x 、R y 、R z 为待测工业机器人(9)的姿态，A ij 为测量矩阵A的余子式，(x 终点,靶球2, y 终点,靶球2,z 终点,靶球2)、(x 终点,靶球3, y 终点,靶球3, z 终点,靶球3)、(x 终点,靶球4, y 终点,靶球4, z 终点,靶球4)、(x 终点，虚拟点Ⅱ,y 终点，虚拟点Ⅱ, z 终点，虚拟点Ⅱ)为靶球Ⅱ(4)、靶球Ⅲ(5)、靶球Ⅳ(7)、虚拟点Ⅱ(19)的终点坐标。
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