CN107972071B - 一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业机器人连杆参数标定领域，并具体公开了一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，包括如下步骤：1)建立工业机器人的连杆坐标系和工具坐标系，得到工业机器人末端位置坐标；2)对末端点进行平面约束建立工业机器人连杆参数误差辨识模型；3)变换工业机器人的位姿态，记录关节变量的关节值和激光束的长度，并根据前三个位姿的位置坐标计算平面方程的初始参数；4)对工业机器人连杆参数进行误差辨识；5)依次对待修正参数进行修正，并验证修正后工业机器人的精度。本发明可在工业机器人较大工作空间范围内进行标定，可实现全自动化的标定，标定精度高且成本低。

Description

一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法

技术领域

本发明属于工业机器人连杆参数标定领域，更具体地，涉及一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法。

背景技术

机器人的误差可以分为两类：一类是几何参数误差，通常指由于加工装配或磨损等原因造成机器人运动学参数的理论值与实际值不一致的误差。另一类是非几何参数误差，是由机器人传动系统柔顺性和环境因素造成的，其参数包括关节伺服的刚度、连杆刚度、齿轮间隙、摩擦等。这些误差会导致机器人末端的位姿精度较低，不能满足现代工业化生产高精度的需求。

连杆参数误差属于机器人几何参数误差，通过机器人标定技术对连杆参数误差进行补偿从而提高机器人末端的绝对定位精度。目前，常用的标定设备或方案有以下几种，一种是采用专业的标定设备，如Dynalog的线缆式测量系统，二是采用激光跟踪仪和安装在机器人末端的靶镜对机器人的位姿进行测量，三是采用激光和视觉组成的“手眼”标定系统。

然而上述现有技术仍然存在以下问题，采用Dynalog的标定设备可以获得较高的标定精度，自动化程度高，但是这种专业的标定设备价格比较昂贵，体积偏大，不适宜大面积应用到工业机器人中；采用激光跟踪仪和靶镜的标定方案精度比专业的标定设备低，只能在一定的空间内对机器人进行标定，其他空间内的精度难以保证，且需要专业人员在标定过程中进行干涉；采用激光和视觉的“手眼”标定系统不考虑额外部件所带来的测量误差，标定精度较低，需要手动操作机器人完成标定，自动化程度和实用性较低。因此，急需设计一种高精度、高自动化的标定方法，操作简单，方便携带，以大范围应用到实际生产中，满足工业机器人的生产需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其对末端点进行平面约束从而建立工业机器人的连杆参数误差辨识模型，并通过安装在工业机器人末端的激光位移传感器，获取在不同位置和姿态下工业机器人末端点的位置信息，进而对工业机器人的连杆参数误差进行辨识，由此解决现有标定方法精度低、自动化程度低、可操作性不强等问题，具有操作简单、标定效率高、实用性强等特点。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其包括如下步骤：

(1)建立工业机器人的连杆坐标系和工具坐标系，得到工业机器人末端点的位置坐标，该工业机器人的末端安装有激光位移传感器；

(2)对末端点进行平面约束建立平面板平面方程以及工业机器人连杆参数误差辨识模型；

(3)变换工业机器人末端点的位姿，获取每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值以及激光位移传感器的激光束长度，并根据前三个位姿的位置坐标计算平面方程的初始参数；

(4)根据每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值、激光位移传感器的激光束长度以及平面板平面方程的初始参数，计算获得激光位移传感器光束发射点的位置和方向修正值、平面板平面方程系数的修正值以及工业机器人各连杆参数的修正值；

(5)根据步骤(4)获得的修正值依次对激光位移传感器光束发射点的位置和方向、平面板平面方程以及工业机器人各连杆参数进行修正，以此完成工业机器人连杆参数的标定。

作为进一步优选的，所述对末端点进行平面约束建立平面板平面方程具体为：设置平面板使激光位移传感器发射的激光束的光斑落在该平面板的上表面，建立该平面板的平面方程为Ax+By+z+C＝0，其中，A,B,C为平面方程系数的初始值，x,y,z为激光束的光斑在平面板上的坐标值；

作为进一步优选的，所述平面板上表面的平面度精度等级至少为一级，表面粗糙度精度至少为Ra0.1μm。

作为进一步优选的，前三个位姿的位置点不在同一直线上。

作为进一步优选的，工业机器人末端点的位姿调整数量大于需要修正的参数的总数量。

作为进一步优选的，所述方法还包括如下步骤：(6)获得修正后的工业机器人的精度，并与精度要求进行比较，若修正后的工业机器人的精度不在精度要求范围内，则以修改后的参数代替原始参数，并重复步骤(4)-(5)，直至满足精度要求。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过安装在工业机器人末端的激光位移传感器，获取工业机器人在不同位置和姿态下激光束照射在平面板上的长度，并对工业机器人的末端点进行平面约束从而建立连杆参数误差辨识模型，进而对工业机器人的连杆参数进行标定，大大降低了通过标定设备对工业机器人进行标定的生产成本，避免了采用“手眼”标定方法进行复杂的图像处理和坐标变换，可在工业机器人较大工作空间范围内进行标定，操作简单，标定精度高且成本低，适用于多关节串联型工业机器人。

2.本发明从工业机器人连杆参数标定领域出发，通过建立连杆参数误差辨识模型，对工业机器人的连杆参数进行修正，使得工业机器人的运动学模型更加精确，避免了因几何参数误差造成工业机器人绝对定位精度低或连杆参数模型不准确等问题，计算机可直接通过工业机器人的控制器和激光位移传感器的接收器读取相关数据，从而进行全自动化的标定，不需要人工干预，可在推广应用到工业机器人用户中，给实际生产带来很大便利。

3.本发明将平面方程和激光位移传感的位置和激光束方向向量也作为修正对象并加入到连杆参数误差辨识模型中，进而避免了因外部部件带来的额外误差，使得修正后的连杆参数更加接近理论值，标定结果更加准确。

4.本发明可在工业机器人较大工作空间范围内进行标定，可实现全自动化的标定，标定精度高且成本低。

附图说明

图1是本发明的一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法的流程图；

图2是华中数控6012工业机器人的构型图；

图3是华中数控6012工业机器人的各连杆坐标系。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其包括如下步骤：

(1)建立工业机器人的连杆坐标系和工具坐标系，得到工业机器人末端点的位置坐标，该工业机器人的末端安装有激光位移传感器。

具体的，根据工业机器人(其包括六个关节和六根连杆)的结构特点建立连杆坐标系，该坐标系可采用诸多现有方式进行建立，本发明以D-H法建立坐标系为例进行示例性说明，不作为对本发明的限定。

根据工业机器人的结构特点利用D-H法建立连杆坐标系和工具坐标系：将关节i(i＝1、2、3、4、5、6)的轴线方向作为坐标系{i}的z轴z_i，将关节i和i+1的轴线公垂线方向作为坐标系{i}的x轴x_i，指向由关节i到关节i+1，根据右手法则规定坐标系{i}的y轴y_i，x_i和y_i的交点作为坐标系{i}的原点o_i，基坐标系任意选定，为了简单方便起见，优选的基坐标系{0}与连杆一的坐标系{1}重合，将工业机器人后三个关节轴线的交点作为连杆坐标系{4}，{5}和{6}的原点。根据建立的连杆坐标系，相应的连杆参数可定义如下：

a_i-1＝从z_i-1到z_i沿x_i-1测量的距离；

α_i-1＝从z_i-1到z_i绕x_i-1旋转的角度；

d_i＝从x_i-1到x_i沿z_i测量的距离；

θ_i＝从x_i-1到x_i绕z_i旋转的角度。

根据建立的各连杆坐标系和工具坐标系将相应的连杆参数列出，利用所列的连杆参数计算出各个连杆变换矩阵推导出第六连杆坐标系相对于基坐标系的等价其次变换矩阵

其中，i＝1...,6，{i}表示与连杆i固接的坐标系,为工业机器人连杆坐标系{i}相对于{i-1}的齐次变换矩阵。

如图3所示，第一关节的轴线为铅直方向，将其作为坐标系{1}的z轴z₁，优选的指向向上，将第一关节和第二关节的轴线公垂线方向作为坐标系{1}的x轴x₁，指向由第一关节到第二关节，那么x₁和z₁的交点即为坐标系{1}的原点o₁；第二关节和第三关节的轴线为水平方向，分别作为坐标系{2}和{3}的z轴z₂和z₃，且z₂和z₃相互平行，将第二关节和第三关节的轴线公垂线方向作为坐标系{2}的x轴x₂，x₂和z₂的交点即为坐标系{2}的原点o₂；将第三关节和第四关节的轴线公垂线方向作为坐标系{3}的x轴x₃，x₃和z₃的交点即为坐标系{3}的原点o₃；基坐标系{0}与第一连杆的坐标系{1}重合；第四关节，第五关节和第六关节的轴线交于一点，将该点选作为连杆坐标系{4}，{5}和{6}的原点o_4,5,6，将第四关节的轴线方向作为坐标系{4}的z轴z₄，坐标系{4}的x轴x₄的方向与x₃一致，将第五关节的轴线方向作为坐标系{5}的z轴z₅，坐标系{6}的z轴z₆的方向与z₄一致，坐标系{5}的x轴x₅和坐标系{6}的x轴x₆的方向与x₄一致。

本发明中优选激光位移传感器光束末端点作为工具坐标系{T}的原点o_T，工具坐标系{T}的x轴x_T的方向与x₆一致，工具坐标系{T}的z轴z_T的方向与z₆一致。从z₁到z₂沿x₁的距离为a₁，从x₁到x₂沿z₂的距离为d₂，从z₂到z₃沿x₂的距离为a₂，从z₃到z₄沿x₃的距离为a₃，从x₃到x₄沿z₄的距离为d₄，从z₆到z_T沿x_T的距离为x_d+ml，从x₆到x_T沿z₅的距离为y_d+nl，从x₆到x_T沿z_T的距离为

根据建立的各连杆坐标系和工具坐标系将相应的连杆参数列出，利用所列的连杆参数计算出各个连杆变换矩阵

其中，s_i＝sin(θ_i)，c_i＝cos(θ_i)，s₂₃＝sin(θ₂+θ₃)，c₂₃＝cos(θ₂+θ₃)，i＝1...,6，θ_i为关节i的关节变量，{i}表示与连杆i固接的坐标系,为工业机器人连杆坐标系{i}相对于{i-1}的齐次变换矩阵，为工具坐标系相对于第六连杆坐标系的齐次变换矩阵，(-x_d,y_d,z_d)为激光位移传感器光束发射点在工具坐标系中的初始坐标，为激光位移传感器光束所在直线在工具坐标系下的初始单位向量，方向指向地面，l为激光位移传感器光束的长度，激光束的长度为激光位移传感器的参照距离与读数之和。

根据各齐次变换矩阵推导出工具坐标系相对于基坐标系的等价齐次变换矩阵得到工业机器人末端位置坐标

(2)对末端点进行平面约束建立平面板平面方程以及工业机器人连杆参数误差辨识模型：

激光位移传感器发射激光束，光斑落在平面板上表面上，平面板放置在距离地面一定高度处，设定平面板上表面的初始运动学方程：

Ax+By+z+C＝0

其中，A,B,C分别为平面板初始平面方程系数的初始值，x,y,z为激光束的光斑在平面板上的坐标值，具体是在工具坐标系下的坐标值；

设定以下待修正参数：

其中，为机器人第i个连杆的连杆长度修正值，Δa_i为机器人第i个连杆的连杆长度修正值与连杆长度初始值之间的误差，为机器人第i个连杆与第i+1个连杆的之间的偏置修正值，Δd_i为机器人第i个连杆与第i+1个连杆之间的偏置修正值与偏置初始值之间的误差，为机器人第i个连杆与第i+1个连杆之间的关节角修正值，Δθ_i为机器人第i个连杆与第i+1个连杆的之间的关节角修正值与关节角初始值之间的误差，分别为平面板初始平面方程系数的修正值，ΔA,ΔB,ΔC分别为平面板初始平面方程系数的修正值与初始值之间的误差，分别为光束发射点初始坐标分量的修正值，Δx_d,Δy_d,Δz_d分别为光束发射点初始坐标分量的修正值与初始值之间的误差，分别为光束所在直线的单位向量xy方向分量的修正值，Δm,Δn分别为光束所在直线的单位向量xy方向分量的修正值与初始值之间的误差。

则建立工业机器人连杆参数的误差辨识模型为：

其中，为工业机器人末端位置坐标的修正值， i＝1...,6。

(3)调整工业机器人末端点的位姿，获取每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值以及激光位移传感器的激光束长度，并根据前三个位姿的位置坐标计算平面方程的初始参数。

具体的，变换工业机器人的位置和姿态，使得激光位移传感器依次照射在平面板上表面的多个位置点上，记录每个位置点下各关节变量的关节值和激光束的长度，其中激光位移传感器通过加长杆安装在工业机器人末端关节上，具体是加长杆安装在工业机器人末端关节的的法兰上，激光位移传感器通过加持装置安装在加长杆上，不断变换工业机器人在工作空间中的位置和姿态，使得激光位移传感器的光束依次照射在平面板上表面的N个位置点上，并使前三个位置点不在同一条直线上，微调工业机器人使得平面板上表面在激光位移传感器的测量范围之内，使得激光位移传感器显示有读数即可，从工业机器人控制器和激光位移传感器中获取机器人在N个位置点上的六个关节角的关节值和激光束的长度，其中，N个位置点尽可能均匀且最大范围的分布在平面板上，使工业机器人得到最大范围的运动；平面板上表面的平面度精度等级至少为一级，表面粗糙度精度至少为Ra0.1μm，平面板可任意摆放在工业机器人的工作空间内。进一步的，微调工业机器人为控制工业机器人末端的激光位移传感器缓慢地上下移动一段距离或旋转一定角度，位置点个数N需大于需要修正参数的总个数，且采集点数越多，最终得到的修正值精度越高。

根据前三个位姿的位置坐标计算平面方程的初始参数，即对平面板上表面进行标定，获取平面板上表面的初始平面方程。具体是利用工业机器人在前三个位置点的六个关节角的关节值和激光束的长度，在假设机器人连杆参数误差为零的条件下对平面板进行标定，前三个位置点在平面板上表面的位置坐标为j＝1,2,3，将三个位置点的位置坐标带入平面板上表面的初始运动学方程Ax+By+z+C＝0中，即可求得平面方程的初始参数A,B,C：

其中：

式中，s_ij＝sin(θ_ij)，c_ij＝cos(θ_ij)，s_23j＝sin(θ_2j+θ_3j)，c_23j＝cos(θ_2j+θ_3j)，i＝1...,6，j＝1,2,3，l_j为测量平面板上表面上的第j个位置点得到的激光束的长度，θ_ij为第j个位置点下机器人关节i的关节变量。

(4)根据每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值、激光位移传感器的激光束长度以及平面板平面方程的初始参数，计算获得激光位移传感器光束发射点的位置和方向修正值、平面板平面方程系数的修正值以及工业机器人各连杆参数的修正值。

具体的，将工业机器人在N个位置点上的六个关节角的关节值，激光位移传感器光束在N个位置点的长度及平面板平面方程的初始参数代入建立的工业机器人连杆参数误差辨识模型中，即可计算获得激光位移传感器光束发射点的位置和方向修正值、平面板平面方程系数的修正值以及工业机器人各连杆参数的修正值。具体的计算方法可采用现有常规方法进行，譬如采用最小二乘法进行计算，本发明只作示例性说明。如利用如下所示的最小二乘法计算出连杆参数的修正值和平面方程系数的修正值以及激光位移传感器光束发射点的位置和方向修正值：

其中，i＝1...,6，k＝1,2...,N，为平面板上表面N个位置点位置坐标的修正值，l_k为测量平面板上表面上的第k个位置点得到的激光束的长度，为第k个位置点下机器人第i个连杆与第i+1个连杆之间的关节角修正值。

(5)根据步骤(4)获得的修正值依次对激光位移传感器光束发射点的位置和方向、平面板平面方程以及工业机器人各连杆参数进行修正，至此已经完成了工业机器人连杆参数的标定。

而为了提高标定的精度，该方法还包括如下步骤：(6)将修正后的工业机器人的精度与精度要求进行比较，若修正后的工业机器人的精度不在精度要求范围内，则重复步骤(4)-(5)，继续进行修正，直至满足工业机器人的精度要求，即以修正后的各参数代替原始参数，即将步骤(5)修正获得的参数替代步骤(4)中各参数的初始值，然后再次计算修正值，也即步骤(4)中的每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值由各自的修正值代替，平面板平面方程的初始参数由其修正值代替，激光位移传感器光束发射点的位置和方向由其修正值代替，然后根据上述代替后的参数再次计算激光位移传感器光束发射点的位置和方向修正值、平面板平面方程系数的修正值以及工业机器人各连杆参数的修正值，最后根据再次计算获得的各参数修正值对各参数进行修正，修正后再比较机器人精度与其精度要求，直至满足工业机器人的精度要求，各参数修正后通过测试即可获得修正后的工业机器人的精度，其为现有技术在此不赘述。

以下为具体实施例：

本实施例以华中数控6012工业机器人为例，其构型如图2所示，华中数控6012工业机器人属于关节式机器人，其由6个转动关节(图3所示的点A、B、C、D、E、F)和6个连杆组成(图2中的0-6分别为连杆0、连杆一、连杆二、连杆三、连杆四、连杆五、连杆六，连杆一至连杆六对应图3中的线段AB、BC、CD、DE、EF、FG)，基座固定不动称为连杆0，第一关节连接基座和第一连杆，第二关节连接第一连杆和第二连杆，以此类推，工具与连杆6固接，其连杆参数标定包括以下步骤：

步骤1)：根据华中数控6012工业机器人的结构特点和D-H法，设定的连杆坐标系{0}，{1}，{2}，{3}，{4}，{5}，{6}和工具坐标系{T}如图3所示，基坐标系{0}与连杆1的坐标系{1}重合，坐标系{1}的z轴z₁为第一关节的轴线方向，指向向上，坐标系{1}的x轴x₁为第一关节和2的轴线公垂线方向，指向由第一关节到第二关节，那么坐标系{1}的原点o₁即为x₁和z₁的交点，至此坐标系{1}建立完成，以此类推建立坐标{2}和{3}；连杆坐标系{4}，{5}和{6}的原点o_4,5,6为第四关节,5和6的轴线交点，坐标系{4}的z轴z₄为第四关节的轴线方向，坐标系{4}的x轴x₄的方向与x₃一致，坐标系{5}的z轴z₅为第五关节的轴线方向，坐标系{6}的z轴z₆的方向与z₄一致，坐标系{5}的x轴x₅和坐标系{6}的x轴x₆的方向与x₄一致；工具坐标系{T}的原点o_T为工具末端中心，工具坐标系{T}的x轴x_T的方向与x₆一致，工具坐标系{T}的z轴z_T的方向与z₆一致。

根据建立的各连杆坐标系将相应的连杆参数列出，如表1所示。

表1华中数控6012工业机器人的连杆参数

i	a<sub>i-1</sub>	α<sub>i-1</sub>	d<sub>i</sub>	θ<sub>i</sub>	关节范围
						1	0	0°	0	θ<sub>1</sub>	-170°至+170°
2	170	90°	310	θ<sub>2</sub>	+133°至-95°
						3	780	0°	0	θ<sub>3</sub>	+76°至-166°
4	140	90°	760	θ<sub>4</sub>	-180°至+180°
						5	0	-90°	0	θ<sub>5</sub>	+233°至-43°
6	0	90°	0	θ<sub>6</sub>	-360°至+360°

利用所列的连杆参数计算出各个连杆变换矩阵，推导出工具坐标系相对于基坐标系的等价其次变换矩阵得到工业机器人末端位置坐标

其中，s_i＝sin(θ_i)，c_i＝cos(θ_i)，s₂₃＝sin(θ₂+θ₃)，c₂₃＝cos(θ₂+θ₃)，i＝1,2...,6。

已知激光位移传感器光束所在直线在工具坐标系下的初始单位向量为(1,0,0)，激光位移传感器光束发射点在第六连杆坐标系中的初始坐标(-x_d,y_d,z_d)为(30.2,20.8,581.5)，工具坐标系相对于第六连杆坐标系的齐次变换矩阵为：

则工具坐标系相对于基坐标系的等价齐次变换矩阵

步骤2)：对末端点进行平面约束从而建立工业机器人连杆参数误差辨识模型：激光位移传感器发射激光，光斑落在一块平面板上，即工具末端中心始终在空间中的一个平面上，平面板放置在距离地面一定高度处，设定工业机器人的初始运动学方程：

Ax+By+z+C＝0

其中，A,B,C分别为平面板初始平面方程系数的初始值；

设定以下待修正参数：

则工业机器人连杆参数的误差辨识模型为：

其中，i＝1...,6。

步骤3)：变换工业机器人的位置和姿态，使得激光位移传感器依次照射在平面板上表面的多个位置点上，记录关节值和激光束的长度。不断变换工业机器人在工作空间中的位置和姿态，使得激光位移传感器的光束依次照射在平面板上表面的20个位置点上，控制工业机器人末端的激光位移传感器缓慢地上下移动一段距离或旋转一定角度，使得平面板上表面在激光位移传感器的测量范围之内，即激光位移传感器显示有读数，其中20个位置点中的前三个位置点不在同一条直线上，从激光位移传感器和工业机器人控制器中获取激光束的长度和机器人在20个位置点上的六个关节角的关节值；

步骤4)：对平面板上表面进行标定获取平面板初始平面方程：

利用步骤3)中激光束的长度和工业机器人在前三个位置点的六个关节角的关节值，在假设机器人连杆参数误差为零的条件下对平面板进行标定，前三个位置点在平面板上表面的位置坐标分别为(977.5,-20.8097,61.7061)，(1040.4,-20.8085,50.7598)，(974.3,-56.2541,50.7545)，得到平面板上表面的初始平面方程为：-0.0751x-0.0916y+z+5.9236＝0；

步骤5)：对工业机器人连杆参数进行误差辨识：

将工业机器人在20个位置点上的六个关节角的关节值，激光位移传感器光束在20个位置点的长度及工业机器人连杆参数的初始值代入工业机器人连杆参数误差辨识模型中，利用如下所示最小二乘法计算出连杆参数的修正值和平面方程系数的修正值：

最终获得如下结果：Δa₁＝0.0771，Δa₂＝0.0910，Δa₃＝0.1079，Δd₂＝0.301，Δd₄＝0.594，Δθ₂＝0.075，Δθ₃＝-0.071，Δθ₄＝-0.317，Δθ₅＝0.446，ΔA＝0.0362，ΔB＝0.0519，ΔC＝-1.3160，Δx_d＝-3.6372，Δy_d＝-1.2264，Δz_d＝-0.9120，Δm＝-0.0384，Δn＝0.0270；

步骤6)：对工业机器人连杆参数进行修正

将连杆参数修正值替换掉机器人控制器中的初始值，得到修正后的连杆参数，如表2所示。

表2修正后的连杆参数

i	a<sub>i-1</sub>	α<sub>i-1</sub>	d<sub>i</sub>	θ<sub>i</sub>	关节范围
						1	0	0°	0	-0.000	-170°至+170°
2	170.0771	90°	310.301	0.075	+133°至-95°
						3	780.0910	0°	0	-0.071	+76°至-166°
4	140.1079	90°	760.594	-0.317	-180°至+180°
						5	0	-90°	0	0.446	+233°至-43°
6	0	90°	0	-0.000	-360°至+360°

将平面方程系数的修正值代替原始系数，获得修正后的平面板平面方程为：

-0.0389x-0.0397y+z+4.6076＝0

将激光位移传感器光束发射点的位置和方向的修正值代替激光位移传感器光束发射点的位置和方向的初始值，修正后激光位移传感器光束发射点的位置为(26.5628,19.5736,580.588)，修正后光束的单位方向向量为(0.9116,0.0270,0.2731)；

获得参数修正后的工业机器人的精度，此处获得为绝对定位精度，然后与精度要求进行比较，经测修正后工业机器人的绝对定位精度为0.1mm，其满足工业机器人的实际精度要求0.05-0.2mm。

本发明提供的基于末端点平面约束的六关节工业机器人连杆参数标定方法，其通过安装在工业机器人末端的激光位移传感器，获取工业机器人在不同位置和姿态下激光束照射在平面板上的长度，并对工业机器人的末端点进行平面约束从而建立连杆参数误差辨识模型，进而对工业机器人的连杆参数进行标定，大大降低了通过标定设备对工业机器人进行标定的生产成本，避免了采用“手眼”标定方法进行复杂的图像处理和坐标变换，可在工业机器人工作空间较大范围内进行标定，标定精度高，操作简单，此外本发明可直接通过计算机从工业机器人的控制器和激光位移传感器的接收器读取相关数据，从而进行全自动化的标定，不需要人工干预，给实际生产带来很大便利。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立工业机器人的连杆坐标系和工具坐标系，得到工业机器人末端点的位置坐标，该工业机器人的末端安装有激光位移传感器；

(2)对末端点进行平面约束建立平面板平面方程以及工业机器人连杆参数误差辨识模型；

(3)变换工业机器人末端点的位姿，获取每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值以及激光位移传感器的激光束长度，并根据前三个位姿的位置坐标计算平面方程的初始参数；

(4)根据每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值、激光位移传感器的激光束长度以及平面板平面方程的初始参数，计算获得激光位移传感器光束发射点的位置和方向修正值、平面板平面方程系数的修正值以及工业机器人各连杆参数的修正值；

(5)根据步骤(4)获得的修正值对激光位移传感器光束发射点的位置和方向、平面板平面方程以及工业机器人各连杆参数进行修正，以此完成工业机器人连杆参数的标定。

2.如权利要求1所述的基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其特征在于，所述对末端点进行平面约束建立平面板平面方程具体为：设置平面板使激光位移传感器发射的激光束的光斑落在该平面板的上表面，建立该平面板的平面方程为Ax+By+z+C＝0，其中，A,B,C为平面方程系数的初始值，x,y,z为激光束的光斑在平面板上的坐标值。

3.如权利要求2所述的基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其特征在于，所述平面板上表面的平面度精度等级至少为一级，表面粗糙度精度至少为Ra0.1μm。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其特征在于，前三个位姿的位置点不在同一直线上。

5.如权利要求1-3任一项所述的基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其特征在于，工业机器人末端点的位姿调整数量大于需要修正的参数的总数量。

6.如权利要求1所述的基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：(6)获得修正后的工业机器人的精度，并与精度要求进行比较，若修正后的工业机器人的精度不在精度要求范围内，则以修改后的参数代替原始参数，并重复步骤(4)-(5)，直至满足精度要求。