CN109278066B - 一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法 - Google Patents
一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109278066B CN109278066B CN201811277002.XA CN201811277002A CN109278066B CN 109278066 B CN109278066 B CN 109278066B CN 201811277002 A CN201811277002 A CN 201811277002A CN 109278066 B CN109278066 B CN 109278066B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- robot
- calibration
- coordinate system
- calibrated
- base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 67
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 10
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005426 magnetic field effect Effects 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法，方法包括调整标定工装于多个标定点，并将拉线测量装置与待标定机器人的末端相连；通过示教器控制待标定机器人依次运动到多个示教点，并获取多个待标定机器人的末端位置及多个标定点与示教点之间的绳长；根据多个待标定机器人的末端位置及多个绳长联立运动学方程，并求解多个标定点相对于待标定机器人基坐标系的位置；根据多个标定点相对于待标定机器人基坐标系的位置，联立齐次变换矩阵方程，获取标定工装相对于待标定机器人基坐标系的第一位姿变换矩阵。本发明提供了一种用于多机器人基坐标系的便携式标定工装和快速标定方法，结构简单，成本低，操作简单，通用性强。
Description
技术领域
本发明涉及机器人标定技术领域，尤其涉及一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法。
背景技术
随着自动化程度的提高，特别是机器人行业的快速兴起，使得整个制造业从人参与协作加工到无人化全自动生产方向前进，技术的一次次革新刺激着新型机器人技术在工业科研等行业的广泛应用，而机器人标定作为关乎机器人精度的一项重要技术，受到广大科研机构的极大重视，其标定工具的多功能性、便携性，以及标定方法的简易、方便、通用性等问题成为了新时代机器人行业研究的一项重要难题。
对于机器人基坐标标定，现有最常用的是借助外部设备如激光跟踪仪或双相机，通过照射跟踪对方机器人标识点从而获得两机器人末端之间的位姿转换关系，该种方法所采用的仪器一般都是进口产品，价格特别昂贵，而且对操作人员的技术要求过高，需要进行长时间的前期培训，不仅如此，其对应用场合也有一定的局限性。此外，候抑强、王天琪等人提出的“基于公共靶标的三点两步法”虽然操作方便、满足双机器人基坐标标定精度要求，但其仅适用于双机器人协作场合，且该双机器人必须具备工作空间具有交集的情形。而专利申请号为CN201710704692.1的《基于拉线编码器的机器人几何标定方法》采用拉线编码器进行单机器人几何标定，该专利提出了一种对机器人本体几何结构参数辨识的方法，简便易行，但是其仅适合单机器人本体标定而无法进行双机器人甚至多机器人基坐标标定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种多机器人基坐标系几何标定工装，包括基板、吸附在所述基板表面上的吸磁基座、与机器人连接的拉线测量装置和导杆，所述吸磁基座与所述导杆的下端活动连接，所述拉线测量装置与所述导杆的上端活动连接。
本发明的有益效果是：通过吸磁基座与基板的吸附和分离，既可以实现整个标定工装在标定时的稳定，保证标定的准确性，又可以方便拆卸，便携实用；通过拉线测量装置与导杆的活动连接，既可以方便调整标定工装的姿态，选取多个标定点，又可以方便拉线测量装置的固定，保证标定的稳定性和准确性，整个标定工装结构简单，便携实用，操作简单，成本低，通用性强，适合于不同场合下的机器人标定，具有较高的市场应用价值。其中，基板可选易与吸磁基座相互吸引的材料(例如金属铁)制成。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述吸磁基座包括吸磁基台、吸磁旋钮、松紧轴套和旋转锁定旋钮，所述吸磁基台设置在所述基板表面，所述吸磁旋钮设在所述吸磁基台的一侧并用于控制所述吸磁基台与所述基板的吸附与分离，所述松紧轴套通过所述旋转锁定旋钮活动连接在所述吸磁基台上，所述导杆的下端套设于所述松紧轴套中，通过所述旋转锁定旋钮可调节所述导杆的位姿和松紧状态。
上述进一步方案的有益效果是：通过吸磁基台与基板的磁场效应，并通过吸磁旋钮的调节，实现吸磁基台与基板的吸附与分离，方便吸磁基台的固定和便携式使用，通过旋转锁定旋钮可以调节松紧轴套的松紧，进而调节导杆的松紧状态，当松紧轴套调松后，可调节导杆的位姿和松紧状态，例如导杆的长度和导杆在竖直平面内的偏转方向，方便确定标定工装基坐标系和调节标定工装不同的标定姿态，便于对机器人基坐标系的标定。
进一步：所述吸磁基座上与所述松紧轴套同侧还设有竖直限位块和水平限位块，当所述导杆通过所述旋转锁定旋钮偏转至竖直方向时，所述导杆的下端恰好与所述竖直限位块相抵接，当所述导杆通过所述旋转锁定旋钮偏转至水平方向时，所述导杆的下部恰好与所述水平限位块相抵接。
上述进一步方案的有益效果是：为便于确定标定工装基坐标系，需要确定标定工装基坐标系的原点和坐标轴的方向，通过竖直限位块和水平限位块，便于导杆偏转至竖直方向和水平方向，便于选取标定工装在竖直方向和水平方向上的标定点，进而确定标定工装基坐标系在竖直方向和水平方向上的坐标轴，最终确定标定工装基坐标系。
进一步：所述拉线测量装置包括拉绳传感器和安装滑座，所述拉绳传感器固定于所述安装滑座的一侧，且所述拉绳传感器通过拉绳与所述机器人连接，所述安装滑座套接在所述导杆的上并可沿着所述导杆上下滑动。
上述进一步方案的有益效果是：通过拉绳传感器与机器人连接，可以实时获取机器人在运动时与标定工装之间的绳长，便于建立运动学求解模型，进而获取标定工装与机器人之间的相对位置关系，得到标定工装相对于机器人坐标系的位置，拉绳传感器工作场合限制少，通用性强；而通过可上下滑动的安装滑座，实现拉绳传感器的上下滑动，便于获得标定工装在竖直方向上的不同的标定点，进而方便确定标定工装相对于机器人坐标系的位置。
进一步：所述安装滑座的另一侧还设有定位孔，所述安装滑座通过穿过所述定位孔的固定螺钉固定在所述导杆上。
上述进一步方案的有益效果是：由于安装滑座可沿着导杆上下滑动，因此可通过定位孔和固定螺钉将安装滑座固定在导杆上，从而方便确定拉绳传感器在标定工装基坐标系竖直方向上的具体位置坐标，进而方便确定标定工装在标定过程中相对于机器人坐标系的位置。
依据本发明的另一方面，提供了一种多机器人基坐标系几何标定方法，采用本发明中的多机器人基坐标系几何标定工装，包括以下步骤：
步骤1：调整所述标定工装于多个标定点，并将所述拉线测量装置与待标定机器人的末端相连；
步骤2：通过示教器控制所述待标定机器人依次运动到多个示教点，并获取多个所述待标定机器人的末端位置及多个所述标定点与所述示教点之间的绳长；
步骤3：根据多个所述待标定机器人的末端位置及多个所述绳长，联立运动学方程，并求解多个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置；
步骤4：根据多个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置，联立齐次变换矩阵方程，获取所述标定工装相对于所述待标定机器人基坐标系的第一位姿变换矩阵；
所述标定点的数量至少为三个,且所述标定点分布于所述标定工装基坐标系的至少两个坐标轴上。
本发明的有益效果是：通过调整标定工装于多个标定点，以及待标定机器人依次运动到多个示教点，建立待标定机器人在运动过程中的运动学求解模型，建立多个运动学方程，求解出多个标定点相对于待标定机器人基坐标系的位置，进而根据齐次变换矩阵方程获取标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵。其中，为便于确定标定工装基坐标系，进而确定机器人基坐标系，需要确定标定工装基坐标系的原点和坐标轴的方向，而通过选取至少两个标定工装基坐标系的一个坐标轴的两点，和另一个坐标轴的一点，由于这两个坐标轴的正交关系以及标定点的位置坐标，可更好地确定标定工装基坐标系的原点和坐标轴的方向。其中，选取哪一个坐标轴上的标定点可根据实际情况操作，例如可选取Z轴正向的两点作为其中两个标定点，第三个标定点可选取X轴正向的一点。本发明的标定方法可以适用于单机器人基坐标系的标定，还可以适用于多机器人基坐标系的标定，操作简单，标定精度较高，通用性强。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述步骤3中所述运动学方程具体为：
||Tij-pj(B)||2＝Lij
其中，i为第i个所述示教点，j为第j个所述标定点，Lij为第i个所述示教点与第j个所述标定点之间的绳长，Tij为所述待标定机器人的末端位置，{B}为所述待标定机器人基坐标系，pj(B)为第j个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置，||·||2为欧式范数。
上述进一步方案的有益效果：标定工装与待标定机器人的末端相连接，当调整标定工装于第i个标定点，待标定机器人的末端运动到第j个示教点时，欧式范数代表该空间坐标系中两点之间的距离，因此||Tij-pj(B)||2代表在该待标定机器人基坐标系中，待标定机器人的末端位置Tij与第j个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置pj(B)之间的距离，该两个位置之间的距离在待标定机器人运动过程中等于第i个示教点与第j个标定点之间的绳长Lij；该绳长Lij可通过拉绳传感器直接读取，而根据示教器指令可获取待标定机器人的末端位置Tij，根据上述关系可以联立方程组，求得待求的第j个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置pj(B)。
进一步：所述步骤4中所述齐次变换矩阵方程具体为：
其中，pj(G)为第j个所述标定点相对于所述标定工装基坐标系{G}的位置，为所述标定工装相对于所述待标定机器人基坐标系的第一位姿变换矩阵。
上述进一步方案的有益效果：根据数学知识中的齐次变换矩阵的原理，标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵左乘第j个标定点相对于标定工装基坐标系的位置矩阵[pj(G),1]T，即为第j个标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置矩阵[pj(B),1]T，而第j个标定点相对于标定工装基坐标系的位置矩阵[pj(G),1]T可根据第j个标定点在标定工装基坐标系中的具体位置pj(G)确定，第j个标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置矩阵[pj(B),1]T可根据步骤3中求得的第j个标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置pj(B)确定，根据上述关系，可以求得待求的标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵/>
通过上述方法，原理简单，操作简单易行，可以适合于不同场合下的机器人标定，标定精度高，通用性强。
进一步：当所述待标定机器人的数量为两个时，所述步骤4之后还包括：
步骤41：重复步骤1-4，获取所述标定工装相对于另一所述待标定机器人基坐标系的第二位姿变换矩阵；
步骤42：根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，求解所述待标定机器人基坐标系与另一所述第二待标定机器人基坐标系之间的双机器人目标位姿变换矩阵。
上述进一步方案的有益效果：当待标定机器人为两个时，则需要获取该两个待标定机器人基坐标系之间的机器人位姿变换矩阵，因此，可以采用步骤1-4所述的同样的方法对另一待标定机器人进行标定，获取标定工装相对于另一待标定机器人基坐标系的第二位姿变换矩阵，根据数学知识，可通过标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵，以及标定工装相对于另一待标定机器人基坐标系的第二位姿变换矩阵，求解出该两个待标定机器人基坐标系之间的双机器人目标位姿变换矩阵。
进一步：当所述待标定机器人的数量大于两个时，所述步骤42之后还包括：
步骤43：重复步骤41-42，获取多个所述待标定机器人基坐标系两两之间的多机器人目标位姿变换矩阵。
上述进一步方案的有益效果：当待标定机器人的数量大于两个时，重复步骤41-42，可以分别求得标定工装相对于每一个待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵，再根据数学知识进行矩阵变换，获取各个待标定机器人基坐标系两两之间的多机器人目标位姿转换矩阵；
通过上述方法，不仅可以对单机器人基坐标系进行标定，还可以对多个机器人基坐标系进行标定，满足不同场合的机器人标定，且操作简单易行，标定精度较高，成本低，可以广泛推广于机器人标定领域。
附图说明
图1为本发明的标定工装的结构示意图；
图2为本发明标定工装中的吸磁基座的结构示意图；
图3为本发明标定工装中的松紧轴套的结构示意图；
图4为本发明的标定方法的流程示意图；
图5为本发明标定方法中第一个标定点的示意图；
图6为本发明标定方法中第二个标定点的示意图；
图7为本发明标定方法中第三个标定点的示意图；
图8为本发明标定方法中待标定机器人的三姿态距离测量示意图；
图9为本发明的双机器人的标定示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、吸磁基座，2、拉线测量装置，3、基板，4、导杆，11、吸磁基台，12、吸磁旋钮，13、松紧轴套，14、竖直限位块，15、水平限位块，16、旋转锁定旋钮，21、拉绳传感器，22、安装滑座，23、固定螺钉，24、定位孔,131、第一夹持部，132、第二夹持部，133、夹持口，134、通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面结合附图，对本发明进行说明。
实施例一、如图1-3所示，一种多机器人基坐标系几何标定工装，包括基板3、吸附在所述基板3表面上的吸磁基座1、与机器人连接的拉线测量装置2和导杆4，所述吸磁基座1与所述导杆4的下端活动连接，所述拉线测量装置2与所述导杆4的上端活动连接。
通过吸磁基座与基板的吸附和分离，既可以实现整个标定工装在标定时的稳定，保证标定的准确性，又可以方便拆卸，便携实用；通过拉线测量装置与导杆的活动连接，既可以方便调整标定工装的姿态，选取多个标定点，又可以方便拉线测量装置的固定，保证标定的稳定性和准确性，整个标定工装结构简单，便携实用，操作简单，成本低，通用性强，适合于不同场合下的机器人标定，具有较高的市场应用价值。
优选地，如图1和图2所示，所述吸磁基座1包括吸磁基台11、吸磁旋钮12、松紧轴套13和旋转锁定旋钮16，所述吸磁基台11设置在所述基板3表面，所述吸磁旋钮12设在所述吸磁基台11的一侧并用于控制所述吸磁基台11与所述基板3的吸附与分离，所述松紧轴套13通过所述旋转锁定旋钮16活动连接在所述吸磁基台11上，所述导杆4的下端套设于所述松紧轴套13中，通过所述旋转锁定旋钮16调节所述导杆4的位姿和松紧状态。
通过吸磁基台与基板的磁场效应，并通过吸磁旋钮的调节，实现吸磁基台与基板的吸附与分离，方便吸磁基台的固定和便携式使用，通过旋转锁定旋钮可以调节松紧轴套的松紧，进而调节导杆的松紧状态，当松紧轴套调松后，可调节导杆的长度和导杆在竖直平面内的偏转方向，方便确定标定工装基坐标系和调节标定工装不同的标定姿态，便于对机器人基坐标系的标定。
优选地，所述基板3由刚性材料制成。刚性材料具有较佳的抵抗变形的性能，可以保证标定工装在标定过程中的稳定性，从而保证标定的精度，采用刚性材料制成，例如金属铁，既可以保证稳定性，还可以方便与吸磁基台的吸附与分离，便携使用，通用性强。
优选地，所述吸磁基台11由磁性材料制成。
通过磁性材料制成的吸磁基台，便于与基板进行吸附和分离，方便吸磁基台的固定和便携式使用。
优选地，如图3所示，所述松紧轴套13包括第一夹持部131和第二夹持部132，所述第一夹持部131的一端与所述第二夹持部132的一端固定连接形成贯通的夹持口133，且所述导杆4贯穿于所述夹持口133内，所述第一夹持部131的另一端与所述第二夹持部132的另一端并排间隔设置，且二者均设有供所述旋转锁定旋钮16穿过的通孔134，转动所述旋转锁定旋钮16可调节所述第一夹持部131的另一端与所述第二夹持部132的另一端之间的距离，以调节所述导杆2的位姿和松紧状态。
通过第一夹持部和第二夹持部便于设置夹持口，实现对导杆的夹持，而通过第一夹持部的另一端和第二夹持部的另一端设置的通孔，便于旋转锁定旋钮穿过，并便于通过旋转锁定旋钮来调节第一夹持部的另一端与第二夹持部的另一端之间的距离，即松紧轴套只需要通过旋转锁定旋钮的拧紧和拧松而发生形变，即可实现调节导杆的位姿和松紧状态，例如导杆的长度和偏转方向，结构简单易行。
本实施例的松紧轴套为U型，旋转锁定旋钮的一端设有螺纹杆，吸磁基台上与旋转锁定旋钮对应位置处设有与其相匹配的螺纹盲孔,螺纹杆穿过第一夹持部的另一端与第二夹持部的另一端的通孔，并通过螺纹盲孔与吸磁基台螺纹连接。通过旋转锁定旋钮的螺纹杆的拧紧，可以将导杆夹持在夹持口，并固定在吸磁基台一侧，还通过旋转锁定旋钮的螺纹杆的拧松，调节导杆的位姿和松紧状态。
优选地，如图1和图2所示，所述吸磁基座1上与所述松紧轴套13同侧还设有竖直限位块14和水平限位块15，当所述导杆4通过所述旋转锁定旋钮16偏转至竖直方向时，所述导杆4的下端恰好与所述竖直限位块14相抵接，当所述导杆4通过所述旋转锁定旋钮16偏转至水平方向时，所述导杆4的下部恰好与所述水平限位块15相抵接。
为便于确定标定工装基坐标系，需要确定标定工装基坐标系的原点和坐标轴的方向，通过竖直限位块和水平限位块，便于导杆偏转至竖直方向和水平方向，便于选取标定工装在竖直方向和水平方向上的标定点，进而确定标定工装基坐标系在竖直方向和水平方向上的坐标轴，最终确定标定工装基坐标系。
优选地，如图1所示，所述拉线测量装置2包括拉绳传感器21和安装滑座22，所述拉绳传感器21固定于所述安装滑座22的一侧，且所述拉绳传感器通过拉绳与所述机器人连接，所述安装滑座22套接在所述导杆4的上并可沿着所述导杆4上下滑动。
通过拉绳传感器与机器人连接，可以实时获取机器人在运动时与标定工装之间的绳长，便于建立运动学求解模型，进而获取标定工装与机器人之间的相对位置关系，得到标定工装相对于机器人坐标系的位置，拉绳传感器工作场合限制少，通用性强；而通过可上下滑动的安装滑座，实现拉绳传感器的上下滑动，便于获得标定工装在竖直方向上的不同的标定点，进而方便确定标定工装相对于机器人坐标系的位置。
优选地，如图1所示，所述拉绳传感器21通过多个螺栓固定在所述安装滑座22的一侧。
通过多个螺栓固定拉绳传感器，使得拉绳传感器固定更佳，保证拉绳传感器在与机器人连接时更稳定，保证标定的准确性。
优选地，如图1所示，所述安装滑座22的另一侧还设有定位孔24，所述安装滑座22通过穿过所述定位孔24的固定螺钉23固定在所述导杆4上。
由于安装滑座可沿着导杆上下滑动，因此可通过定位孔和固定螺钉将安装滑座固定在导杆上，从而方便确定拉绳传感器在标定工装基坐标系竖直方向上的具体位置坐标，进而方便确定标定工装在标定过程中相对于机器人坐标系的位置。
实施例二、如图4-9所示，多机器人基坐标系几何标定方法，其采用本发明实施例一中的标定工装，包括以下步骤：
S1：调整所述标定工装于多个标定点，并将所述拉线测量装置与待标定机器人的末端相连；
S2：通过示教器指令控制所述待标定机器人依次运动到多个示教点，并获取多个所述待标定机器人的末端位置及多个所述标定点与所述示教点之间的绳长；
S3：根据多个所述待标定机器人的末端位置及多个所述绳长，联立运动学方程，并求解多个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置；
S4：根据多个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置，联立齐次变换矩阵方程，获取所述标定工装相对于所述待标定机器人基坐标系的第一位姿变换矩阵；
所述标定点的数量至少为三个,且所述标定点分布于所述标定工装基坐标系的至少两个坐标轴上。
通过调整标定工装于多个标定点，以及待标定机器人依次运动到多个示教点，建立待标定机器人在运动过程中的运动学求解模型，建立多个运动学方程，求解出多个标定点相对于待标定机器人基坐标系的位置，进而根据齐次变换矩阵方程获取标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵。其中，为便于确定标定工装基坐标系，进而确定机器人基坐标系，需要确定标定工装基坐标系的原点和坐标轴的方向，而通过选取至少两个标定工装基坐标系的一个坐标轴的两点，和另一个坐标轴的一点，由于这两个坐标轴的正交关系以及标定点的位置坐标，可更好地确定标定工装基坐标系的原点和坐标轴的方向。选取Z轴正向的两点作为其中两个标定点，第三个标定点可选取X轴正向的一点。本发明的标定方法可以适用于单机器人基坐标系的标定，还可以适用于多机器人基坐标系的标定，操作简单，标定精度较高，通用性强。
本实施例选取Z轴正向的两点作为其中两个标定点，第三个标定点可选取X轴正向的一点。如图5-7所示，本实施例调节旋转锁定旋钮，使得导杆恰好与竖直限位块相接触，则导杆处于竖直方向，并调节固定螺丝，使得安装滑座上下滑动至两个不同高度的位置p1和p2，则将p1和p2分别作为标定工装基坐标系的Z轴正向的两个标定点；通过调节旋转锁定旋钮，使得导杆恰好与水平限位块相接触，则导杆处于水平方向，并调节固定螺丝，使得安装滑座处于位置p3，则将p3作为标定工装基坐标系X轴正向的一个标定点，即为第三个标定点。
优选地，S3中所述运动学方程具体为：
||Tij-pj(B)||2＝Lij
其中，i为第i个所述示教点，j为第j个所述标定点，Lij为第i个所述示教点与第j个所述标定点之间的绳长，Tij为所述待标定机器人的末端位置，{B}为所述待标定机器人基坐标系，pj(B)为第j个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置，||·||2为欧式范数。
如图5-8所示，标定工装与待标定机器人的末端相连接，当调整标定工装于第i个标定点，待标定机器人的末端运动到第j个示教点时，欧式范数代表该空间坐标系中两点之间的距离，因此||Tij-pj(B)||2代表在该待标定机器人基坐标系中，待标定机器人的末端位置Tij与第j个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置pj(B)之间的距离，该两个位置之间的距离在待标定机器人运动过程中等于第i个示教点与第j个标定点之间的绳长Lij；该绳长Lij可通过拉绳传感器直接读取，而根据示教器指令可获取待标定机器人的末端位置Tij，根据上述关系可以联立方程组，求得待求的第j个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置pj(B)。
优选地，S4中所述齐次变换矩阵方程具体为：
其中，pj(G)为第j个所述标定点相对于所述标定工装基坐标系{G}的位置，为所述标定工装相对于所述待标定机器人基坐标系的第一位姿变换矩阵。
根据数学知识中的齐次变换矩阵的原理，标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵左乘第j个标定点相对于标定工装基坐标系的位置矩阵[pj(G),1]T，即为第j个标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置矩阵[pj(B),1]T，而第j个标定点相对于标定工装基坐标系的位置矩阵[pj(G),1]T可根据第j个标定点在标定工装基坐标系中的具体位置pj(G)确定，第j个标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置矩阵[pj(B),1]T可根据步骤3中求得的第j个标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置pj(B)确定，根据上述关系，可以求得待求的标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵/>
通过上述方法，原理简单，操作简单易行，可以适合于不同场合下的机器人标定，标定精度高，通用性强。
优选地，当所述待标定机器人的数量为两个时，S4之后还包括：
步骤41：重复S1-S4，获取所述标定工装相对于另一所述待标定机器人基坐标系的第二位姿变换矩阵；
步骤42：根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，求解所述待标定机器人基坐标系与另一所述第二待标定机器人基坐标系之间的双机器人目标位姿变换矩阵。
当待标定机器人为两个时，则需要获取该两个待标定机器人基坐标系之间的机器人位姿变换矩阵，因此，可以采用步骤1-4所述的同样的方法对第二待标定机器人进行标定，获取标定工装相对于第二待标定机器人基坐标系的第二位姿变换矩阵，根据数学知识，可通过标定工装相对于待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵，以及标定工装相对于第二待标定机器人基坐标系的第二位姿变换矩阵，求解出该两个待标定机器人基坐标系之间的双机器人目标位姿变换矩阵。
本实施例对双机器人基坐标系进行标定，如图9所示，先对机器人R1按照S1-S4进行标定，获取标定工装相对于机器人R1基坐标系的位姿变换矩阵再按照S1-S4同样的方法对机器人R2进行标定，获取标定工装相对于机器人R2基坐标系的位姿变换矩阵/>最后将/>和/>进行变换，获取机器人R2基坐标系相对于机器人R1基坐标系的位姿变换矩阵
优选地，当所述待标定机器人的数量大于两个时，所述步骤42之后还包括：
步骤43：重复S41-S42，获取多个所述待标定机器人基坐标系之间的目标位姿变换矩阵。
当待标定机器人的数量大于两个时，重复步骤41-42，可以分别求得标定工装相对于每一个待标定机器人基坐标系的位姿变换矩阵，再根据数学知识进行矩阵变换，获取各个待标定机器人基坐标系两两之间的多机器人目标位姿转换矩阵；
通过上述方法，不仅可以对单机器人基坐标系进行标定，还可以对多个机器人基坐标系进行标定，满足不同场合的机器人标定，且操作简单易行，标定精度较高，成本低，可以广泛推广于机器人标定领域。
本实施例对多机器人基坐标系进行标定，先对机器人R1按照S1-S4进行标定，获取标定工装相对于机器人R1基坐标系的位姿变换矩阵再按照S1-S4同样的方法对机器人R2进行标定，获取标定工装相对于机器人R2基坐标系的位姿变换矩阵/>最后将/>和/>进行变换，获取机器人R2基坐标系相对于机器人R1基坐标系的位姿变换矩阵/>同理按照S1-S4的方法，获取标定工装相对于机器人Rn基坐标系的位姿变换矩阵/>可将/>与/>或/>与/>进行变换，获取机器人Rn基坐标系相对于机器人R1基坐标系的多机器人目标位姿变换矩阵/>或机器人Rn基坐标系相对于机器人R2基坐标系的多机器人目标位姿变换矩阵/>
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多机器人基坐标系几何标定工装，其特征在于，包括基板(3)、吸附在所述基板(3)表面上的吸磁基座(1)、与机器人连接的拉线测量装置(2)和导杆(4)，所述吸磁基座(1)与所述导杆(4)的下端活动连接，所述拉线测量装置(2)与所述导杆(4)的上端活动连接；
其中，所述标定工装的标定方法包括以下步骤：
步骤1：调整所述标定工装于多个标定点，并将所述拉线测量装置与待标定机器人的末端相连；
步骤2：通过示教器控制所述待标定机器人依次运动到多个示教点，并获取多个所述待标定机器人的末端位置及多个所述标定点与所述示教点之间的绳长；
步骤3：根据多个所述待标定机器人的末端位置及多个所述绳长，联立运动学方程，并求解多个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置；
步骤4：根据多个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系的位置，联立齐次变换矩阵方程，获取所述标定工装相对于所述待标定机器人基坐标系的第一位姿变换矩阵；
所述标定点的数量至少为三个，且所述标定点分布于所述标定工装基坐标系的至少两个坐标轴上；
其中，所述步骤3中所述运动学方程具体为：
||Tij-pj(B)||2＝Lij
其中，i为第i个所述示教点，j为第j个所述标定点，Lij为第i个所述示教点与第j个所述标定点之间的绳长，Tij为所述待标定机器人的末端位置，{B}为所述待标定机器人基坐标系，pj(B)为第j个所述标定点相对于所述待标定机器人基坐标系{B}的位置，||·||2为欧式范数；
其中，所述步骤4中所述齐次变换矩阵方程具体为：
其中，pj(G)为第j个所述标定点相对于所述标定工装基坐标系{G}的位置，为所述标定工装相对于所述待标定机器人基坐标系的第一位姿变换矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种多机器人基坐标系几何标定工装，其特征在于，所述吸磁基座(1)包括吸磁基台(11)、吸磁旋钮(12)、松紧轴套(13)和旋转锁定旋钮(16)，所述吸磁基台(11)设置在所述基板(3)表面，所述吸磁旋钮(12)设在所述吸磁基台(11)的一侧并用于控制所述吸磁基台(11)与所述基板(3)的吸附与分离，所述松紧轴套(13)通过所述旋转锁定旋钮(16)活动连接在所述吸磁基台(11)上，所述导杆(4)的下端套设于所述松紧轴套(13)中，通过所述旋转锁定旋钮(16)可调节所述导杆(4)的位姿和松紧状态。
3.根据权利要求2所述的一种多机器人基坐标系几何标定工装，其特征在于，所述吸磁基座(1)上与所述松紧轴套(13)同侧还设有竖直限位块(14)和水平限位块(15)，当所述导杆(4)通过所述旋转锁定旋钮(16)偏转至竖直方向时，所述导杆(4)的下端恰好与所述竖直限位块(14)相抵接，当所述导杆(4)通过所述旋转锁定旋钮(16)偏转至水平方向时，所述导杆(4)的下部恰好与所述水平限位块(15)相抵接。
4.根据权利要求1所述的一种多机器人基坐标系几何标定工装，其特征在于，所述拉线测量装置(2)包括拉绳传感器(21)和安装滑座(22)，所述拉绳传感器(21)固定于所述安装滑座(22)的一侧，且所述拉绳传感器(21)通过拉绳与所述机器人连接，所述安装滑座(22)套接在所述导杆(4)的上并可沿着所述导杆(4)上下滑动。
5.根据权利要求4所述的一种多机器人基坐标系几何标定工装，其特征在于，所述安装滑座(22)的另一侧还设有定位孔(24)，所述安装滑座(22)通过穿过所述定位孔(24)的固定螺钉(23)固定在所述导杆(4)上。
6.根据权利要求1所述的一种多机器人基坐标系几何标定工装，其特征在于，当所述待标定机器人的数量为两个时，所述步骤4之后还包括：
步骤41：重复步骤1-4，获取所述标定工装相对于另一所述待标定机器人基坐标系的第二位姿变换矩阵；
步骤42：根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，求解所述待标定机器人基坐标系与另一所述待标定机器人基坐标系之间的双机器人目标位姿变换矩阵。
7.根据权利要求6所述的一种多机器人基坐标系几何标定工装，其特征在于，当所述待标定机器人的数量大于两个时，所述步骤42之后还包括：
步骤43：重复步骤41-42，获取多个所述待标定机器人基坐标系两两之间的多机器人目标位姿变换矩阵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811277002.XA CN109278066B (zh) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | 一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811277002.XA CN109278066B (zh) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | 一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109278066A CN109278066A (zh) | 2019-01-29 |
| CN109278066B true CN109278066B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=65174854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811277002.XA Active CN109278066B (zh) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | 一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109278066B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111721347A (zh) * | 2019-03-20 | 2020-09-29 | 深圳市道通科技股份有限公司 | 一种标定支架 |
| CN109822577B (zh) * | 2019-03-29 | 2021-02-05 | 北京卫星制造厂有限公司 | 一种基于视觉伺服的移动式机器人高精度加工方法 |
| CN110553600B (zh) * | 2019-08-14 | 2021-05-14 | 华南理工大学 | 一种用于工件检测的结构光传感器仿真激光线的生成方法 |
| CN113446935B (zh) * | 2021-06-09 | 2022-07-05 | 同济大学 | 一种六自由度测量系统和方法 |
| CN116359891B (zh) * | 2023-06-01 | 2023-09-12 | 季华实验室 | 一种多传感器快速标定方法及系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09309084A (ja) * | 1996-05-22 | 1997-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | ロボットのキャリブレーション方法と装置 |
| CN105058387A (zh) * | 2015-07-17 | 2015-11-18 | 北京航空航天大学 | 基于激光跟踪仪的一种工业机器人基坐标系标定方法 |
| CN105666490A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-06-15 | 昆明理工大学 | 一种机器人的标定系统及方法 |
| CN106393174A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-02-15 | 华中科技大学 | 一种利用球杆仪标定机器人结构参数的方法 |
| CN107471257A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-12-15 | 南京航空航天大学 | 基于单拉线编码器的机器人几何标定方法 |
| CN107553493A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-09 | 东南大学 | 一种基于拉绳位移传感器的机器人运动学参数标定方法 |
| CN107796276A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-03-13 | 武汉工程大学 | 一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法 |
| CN108705531A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-10-26 | 上海达野智能科技有限公司 | 工业机器人的运动学参数标定方法、标定系统、电子设备 |
-
2018
- 2018-10-30 CN CN201811277002.XA patent/CN109278066B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09309084A (ja) * | 1996-05-22 | 1997-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | ロボットのキャリブレーション方法と装置 |
| CN105058387A (zh) * | 2015-07-17 | 2015-11-18 | 北京航空航天大学 | 基于激光跟踪仪的一种工业机器人基坐标系标定方法 |
| CN105666490A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-06-15 | 昆明理工大学 | 一种机器人的标定系统及方法 |
| CN106393174A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-02-15 | 华中科技大学 | 一种利用球杆仪标定机器人结构参数的方法 |
| CN107471257A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-12-15 | 南京航空航天大学 | 基于单拉线编码器的机器人几何标定方法 |
| CN107796276A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-03-13 | 武汉工程大学 | 一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法 |
| CN107553493A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-09 | 东南大学 | 一种基于拉绳位移传感器的机器人运动学参数标定方法 |
| CN108705531A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-10-26 | 上海达野智能科技有限公司 | 工业机器人的运动学参数标定方法、标定系统、电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109278066A (zh) | 2019-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109278066B (zh) | 一种多机器人基坐标系几何标定工装及标定方法 | |
| CN110116411A (zh) | 一种基于球目标的机器人3d视觉手眼标定方法 | |
| EP2435217B1 (de) | Verfahren und system zum hochpräzisen positionieren mindestens eines objekts in eine endlage im raum | |
| CN106113035B (zh) | 一种六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置及方法 | |
| DE102015004483B4 (de) | Robotersteuerung und Robotersystem zum Bewegen eines Roboters als Reaktion auf eine Kraft | |
| CN109514549A (zh) | 一种可实现六自由度的tcp在线快速标定方法及装置 | |
| CN110202582A (zh) | 一种基于三坐标平台的机器人标定方法 | |
| CN105666490B (zh) | 一种机器人的标定系统及方法 | |
| CN106799745A (zh) | 一种基于协同克里金的工业机械臂精度标定方法 | |
| CN106705956A (zh) | 工业机器人末端位姿快速测量装置及其测量方法 | |
| CN107796276B (zh) | 一种估算工业机器人绝对定位精度的装置及方法 | |
| CN205734940U (zh) | 一种应用于工业机器人的tcp在线快速标定装置 | |
| CN112958960B (zh) | 一种基于光学靶标的机器人手眼标定装置 | |
| CN104165586B (zh) | 单台机器人工件坐标系的非接触式高精度标定方法及应用 | |
| CN107471257A (zh) | 基于单拉线编码器的机器人几何标定方法 | |
| CN111360812B (zh) | 一种基于相机视觉的工业机器人dh参数标定方法及标定装置 | |
| CN110631749B (zh) | 一种x射线残余应力检测样品台 | |
| CN111145630B (zh) | 一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具及其使用方法 | |
| CN111409067B (zh) | 一种机器人用户坐标系自动标定系统及其标定方法 | |
| CN113103234B (zh) | 一种基于磁吸附的多拉线传感器位置测量系统 | |
| DE102012014312A1 (de) | Robotergeführte Messanordnung | |
| CN105364924A (zh) | 机器人零点校准系统及机器人零点校准方法 | |
| CN109822422A (zh) | 一种抛光机床回转轴几何误差测量装置与调整方法 | |
| CN105844670B (zh) | 水平机器人移动相机多点移动标定方法 | |
| Zhang et al. | Vision-guided robotic assembly using uncalibrated vision |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |