CN107560538A - 基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法 - Google Patents

Abstract

一种基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法，包括步骤：将激光跟踪仪放在机器人本体正前方3米处；在法兰盘上固定安装底座和靶球；运行SA软件并连接上激光跟踪仪；调整机器人本体至非奇异点位置，记录该姿态下靶球空间位置；保持法兰盘中心不动，逐步改变其姿态并记录各姿态位置，重复19次，得20个姿态下空间位置，编号P1～P20；通过SA软件将20个空间位置点进行球拟合，得到一个以法兰盘中心为球心的球体；在姿态Pi下，建立法兰盘坐标系{Tool000}；在{Tool000}坐标系下，此时Pi坐标即为工具与法兰坐标系的位置关系，根据坐标系位置关系，可确定工具坐标系。本发明操作简单、标定精度高。

Description

基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法

技术领域

本发明涉及六自由度工业机器人技术领域，具体讲是一种基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法。

背景技术

随着工业的发展，工业机器人的应用越来越广泛，在实际应用中，机器人大多都是通过在末端安装不同的操作工具来完成各种作业任务的。为了实现机器人工作的高精度要求，在使用之前，必须构建机器人工具尖端相对于机器人末端法兰盘的位置关系，即标定机器人的工具坐标系。

目前，对工业机器人工具坐标系标定的方法有多种，如利用触发器进行标定、利用四点计算球心进行标定等，但这些方法操作都比较复杂，且标定后的精度不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法，其操作简单、标定精度高。

本发明的技术解决方案是，提供一种基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法，包括如下步骤：

(1)将激光跟踪仪放置在机器人本体正前方3米处，并提前预热；

(2)在机器人本体末端的法兰盘上固定安装靶球底座和靶球；

(3)运行SA软件并连接上激光跟踪仪；

(4)调整机器人本体至零位附近非奇异点位置，通过SA软件记录该姿态下靶球的空间位置；

(5)通过示教器保持法兰盘的中心不动，然后逐步改变其姿态并记录各姿态下的位置，在改变姿态的过程中要注意避开奇异点位置，重复19次，得到20个姿态下的空间位置，并将其编号P1～P20；

(6)通过SA软件将步骤(5)中的20个空间位置点进行球拟合，得到一个以法兰盘中心为球心的球体；

(7)建立坐标系

①将法兰盘的姿态调整为步骤(6)球拟合中使用的某个姿态Pi(1<＝i<＝20)，记录此时的位置为O；

②在O位置下，通过示教器使机器人本体沿TX方向至少运动500mm，记录此时位置为X；

③回到O位置，通过示教器使机器人本体沿TY方向至少运动500mm，记录此时位置为Y；

④以为X轴方向，为Y轴方向，拟合球的球心作为坐标系原点，再根据右手定则确定Z轴方向，建立法兰盘的坐标系{Tool000}；

(8)在{Tool000}坐标系下，此时Pi的坐标(a、b、c),即为工具坐标系与法兰坐标系的位置关系，得到如下平移矩阵：

根据坐标系的位置关系，可得法兰坐标系转化到工具坐标系的旋转矩阵：

其中，θ＝-90°，即

因此，可以确定工具坐标系：

{TCP}＝Rot×Tran×{Tool000}。

采用以上方案后，与现有技术相比，本发明基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法具有以下优点：

1、本发明选用激光跟踪仪，具有快速、动态、高精度的优点；

2、通过SA软件进行球拟合及建立坐标系，使得数据处理及结果更加直观；

3、本发明操作简单，标定结果精度高、可靠性好。

附图说明

图1是将靶球底座和靶球安装在法兰盘上，并将激光跟踪仪放置在机器人本体正前方时的结构示意图；

图2是图1中A区域的放大结构示意图；

图3是标定过程中球拟合示意图；

图4是标定过程中工具坐标示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法作进一步详细说明：

如图1和图2所示，在本具体实施方式中，本发明基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法，包括如下步骤：

(1)将激光跟踪仪11放置在机器人本体10正前方3米处，并提前预热；

(2)在机器人本体10末端的法兰盘14上固定安装靶球底座12和靶球13；

(3)运行SA(Spatial Analyzer)软件并连接上激光跟踪仪11；

(4)调整机器人本体10至零位附近非奇异点位置，通过SA软件记录该姿态下靶球13的空间位置；

(5)通过示教器保持法兰盘14的中心不动，然后逐步改变其姿态并记录各姿态下的位置，在改变姿态的过程中要注意避开奇异点位置，重复19次，得到20个姿态下的空间位置，并将其编号P1～P20；

(6)通过SA软件将步骤(5)中的20个空间位置点进行球拟合，得到一个以法兰盘14中心为球心的球体，参见图3；

(7)建立坐标系

①将法兰盘14的姿态调整为步骤(6)球拟合中使用的某个姿态Pi(1<＝i<＝20)，记录此时的位置为O；

②在O位置下，通过示教器使机器人本体10沿TX方向至少运动500mm，记录此时位置为X；

③回到O位置，通过示教器使机器人本体10沿TY方向至少运动500mm，记录此时位置为Y；

④以为X轴方向，为Y轴方向，拟合球的球心作为坐标系原点，再根据右手定则确定Z轴方向，建立法兰盘14的坐标系{Tool000}，参见图4；

(8)在{Tool000}坐标系下，此时Pi的坐标(a、b、c),即为工具坐标系与法兰坐标系的位置关系，得到如下平移矩阵：

根据坐标系的位置关系，可得法兰坐标系转化到工具坐标系的旋转矩阵：

其中，θ＝-90°，即

因此，可以确定工具坐标系：

{TCP}＝Rot×Tran×{Tool000}。

本发明借助激光跟踪仪11对机器人工具坐标系进行标定，通过机器人本体10和激光跟踪仪11的相互配合，标定工具坐标系。激光跟踪仪11具有快速、动态、高精度的特点，在航空航天制造业等重要领域已得到普遍应用，发挥了其他测量仪器不可替代的作用。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于激光跟踪仪的六自由度机器人工具坐标系的标定方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将激光跟踪仪(11)放置在机器人本体(10)正前方3米处，并提前预热；

(2)在机器人本体(10)末端的法兰盘(14)上固定安装靶球底座(12)和靶球(13)；

(3)运行SA软件并连接上激光跟踪仪(11)；

(4)调整机器人本体(10)至零位附近非奇异点位置，通过SA软件记录该姿态下靶球(13)的空间位置；

(5)通过示教器保持法兰盘(14)的中心不动，然后逐步改变其姿态并记录各姿态下的位置，在改变姿态的过程中要注意避开奇异点位置，重复19次，得到20个姿态下的空间位置，并将其编号P1～P20；

(6)通过SA软件将步骤(5)中的20个空间位置点进行球拟合，得到一个以法兰盘(14)中心为球心的球体；

(7)建立坐标系

①将法兰盘(14)的姿态调整为步骤(6)球拟合中使用的某个姿态Pi(1<＝i<＝20)，记录此时的位置为O；

②在O位置下，通过示教器使机器人本体(10)沿TX方向至少运动500mm，记录此时位置为X；

③回到O位置，通过示教器使机器人本体(10)沿TY方向至少运动500mm，记录此时位置为Y；

④以为X轴方向，为Y轴方向，拟合球的球心作为坐标系原点，再根据右手定则确定Z轴方向，建立法兰盘(14)的坐标系{Tool000}；

(8)在{Tool000}坐标系下，此时Pi的坐标(a、b、c),即为工具坐标系与法兰坐标系的位置关系，得到如下平移矩阵：

根据坐标系的位置关系，可得法兰坐标系转化到工具坐标系的旋转矩阵：

其中，θ＝-90°，即

因此，可以确定工具坐标系：

{TCP}＝Rot×Tran×{Tool000}。