一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法技术

本发明专利技术实施例涉及工业机器人技术领域，公开了一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法。其包括：依次控制机器人的所有轴进行单轴转动，并通过激光跟踪仪采集得到转动轴JN转动EN次，且每次转动至FN角度处的靶球球心坐标点组；根据采集得到的转动轴JN的靶球球心坐标点组拟合轨迹圆，并将轨迹圆轴线作为对应转动轴JN的标定轴线方程；根据机器人各轴的标定轴线方程计算得到机器人各轴中任意相邻两轴的公垂线方程；根据机器人各轴的标定轴线方程以及公垂线方程计算机器人的D‑H参数；根据计算出的机器人的D‑H参数对机器人进行标定。本实施方式克服了现有技术标定中建模时无法体现部分D‑H参数的问题，从而能够对机器人的D‑H参数进行全面标定，进一步提高机器人标定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法
本专利技术实施例涉及工业机器人
，特别涉及一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法。
技术介绍
随着人工劳动成本的不断上升，越来越多的企业开始对现有生产方式进行自动化改造。其中，机器人因其兼具灵活性、重复性、高精度等特点已逐渐广泛应用于焊接、搬运、打磨、装配等领域。机器人精度指标包含重复定位精度及绝对定位精度，其中重复定位精度主要由减速器齿轮回差、电机控制的最小精度等硬件条件决定，一般都较高，可达0.02mm甚至更高，而绝对精度则通常较低，有时甚至达到毫米级，这是在焊接、打磨、折弯等作业中无法接受的。这是因为机器人自身由多个机械部件组成，由于零部件制造及装配误差的存在，机器人各关节连杆D-H参数及减速比都会与设计理论值存在一定的偏差。这些都会影响机器人运行的绝对精度。为了获得尽可能准确的机器人关节参数，通常在机器人制造完成后，会通过对其D-H参数进行辨识和补偿，以提升机器人的精度性能。常用的机器人标定设备有拉线标定仪(TheDynacalSystem)和激光跟踪仪，通过让机器人拉线或带跟踪靶球走50个随机不重复的采样点，标定设备检测出机器人末端在空间坐标系里每次运行的实际位置到标定设备的距离，通过与控制程序中输入的理论位置进行对比，计算并修正出机器人的实际关节参数。专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：由于6轴机器人标定中，在建模时针对6轴机器人通常将机器人简化为由6个连杆长度及6个转角信息等12个未知数组成的模型，通过多组姿态下将关节给定信息及末端点的位置信息等联立而成的多元方程组，逆解求得一组近似真实值的连杆和转角作为机器人的理论参数用于机器人运行时的运算。然而当机器人因加工装配等问题导致整机存在如下偏差时：J1轴中心轴线与机器人底面及标定设备固定面不垂直；J2轴、J3轴、J5轴中心轴线与图1所示左侧截面不垂直；J1轴、J4轴、J6轴线不共面；J4轴、J6轴轴线不共线，由于建模时这些约束默认成立，并没有相应的参数来表达这种偏差，因此机器人无法通过标定后的参数来识别自身存在的这些偏差，进而导致机器人末端位置和姿态运行不准确。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法，克服了现有技术标定中建模时无法体现部分D-H参数的问题，从而能够对机器人的D-H参数进行全面标定，进一步提高机器人标定精度。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法，包括以下步骤：依次控制机器人的所有轴进行单轴转动，并通过激光跟踪仪采集得到转动轴JN转动EN次，且每次转动至FN角度处的靶球球心坐标点组；其中，JN表示机器人的第N个轴，EN表示第N个轴的转动次数，FN表示第N个轴每次转动的角度；其中，N为自然数；其中，在第N轴单轴转动之前，且在每次单轴转动结束后，控制完成单轴转动的轴回归零点；分别根据采集得到的所述转动轴JN的靶球球心坐标点组拟合轨迹圆，并将轨迹圆的轴线作为对应转动轴JN的标定轴线方程；根据所述机器人各轴的标定轴线方程计算得到所述机器人各轴中任意相邻两轴的公垂线方程；根据所述机器人各轴的标定轴线方程以及所述公垂线方程计算所述机器人的D-H参数；根据计算出的所述机器人的D-H参数对所述机器人进行标定。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，在进行标定时，通过依次控制机器人的各轴分别进行单轴转动，在单轴转动时，控制机器人转动一定的次数，且每次转动一定的角度，并通过激光跟踪仪采集得到各轴转动多次且每次转动一定角度时的靶球球心坐标点组，然后根据采集得到的各轴的靶球球心坐标点组拟合轨迹圆，并将轨迹圆的轴线作为对应的各轴的标定轴线方程，再根据机器人各轴的标定轴线方程以及公垂线方程计算机器人的D-H参数，从而实现机器人的标定。本实施方式中，由于是控制机器人的各轴单轴转动以采集各轴对应的靶球球心坐标点组，并根据机器人的各轴的靶球球心坐标点组计算得到机器人各轴的轨迹圆的轴线方程(即标定轴线方程)，然后再根据机器人各轴的轨迹圆的轴线方程计算得到机器人各轴中任意相邻两轴的公垂线方程，再根据机器人各轴的轨迹圆的轴线方程以及公垂线方程计算机器人的D-H参数，所以在采集到的各轴的靶球球心坐标点组中的坐标点达到一定数量时，即可通过几何运算得到精确的D-H参数，且为机器人的全部D-H参数，因此，本实施方式避免了在建模时无法体现部分D-H参数的问题，能够对D-H参数进行全面标定，从而提高标定精度。另一方面，由于本实施方式是控制机器人单轴转动以采集各轴的靶球球心坐标点组，因此机器人运行姿态非常灵活，同时便于激光跟踪仪在标定时实时跟踪靶球姿态，为机器人标定提供了高可靠的坐标点数据，保证了机器人的标定精度。另外，所述根据所述机器人各轴的标定轴线方程以及所述公垂线方程计算所述机器人的D-H参数，具体包括：根据所述公垂线方程计算相邻的公垂线单位向量的夹角，所述公垂线单位向量的夹角为关节转角；计算所述各轴的标定轴线方程与第一公垂线方程的第一交点，以及与第二公垂线方程的第二交点，并计算得到所述第一交点以及第二交点之间的距离；其中，所述第一交点以及所述第二交点之间的距离为关节距离；计算相邻标定轴线方程间的公垂线段长度，所述公垂线段长度为杆件长度；计算相邻的轨迹圆轴线方向单位向量的夹角，所述轨迹圆轴线方向单位向量的夹角为杆件扭角。另外，在所述依次控制机器人的所有轴进行单轴转动前，还包括：将机器人的各轴调整至零点位置。从而可以简化计算。另外，所述EN大于或者等于10，从而可保证标定精度。另外，在所述对所述机器人各轴的靶球球心坐标点组进行圆拟合得到所述各轴的靶球球心坐标点组对应的轨迹圆方程时，剔除差异大于预设阈值的点。另外，在所述根据采集得到的所述转动轴JN的靶球球心坐标点组拟合轨迹圆，并将轨迹圆轴线作为对应转动轴JN的标定轴线方程后，还包括：根据所述机器人各轴的轨迹圆的轴线以及预设公式计算所述各轴的实际关节转角；根据所述各轴的实际关节转角计算各轴的减速比；根据计算得到的减速比对所述机器人进行标定。另外，所述预设公式为：其中，β’为实际关节转角，U为机器人的对应轴位于零点位置时，靶球坐标位置，V为机器人各轴转动至FN角度处时靶球坐标位置，Q为轨迹圆心坐标。另外，所述根据计算得到的减速比对所述机器人进行标定后，还包括：为所述机器人的各轴设定新零位。另外，所述为所述机器人的各轴设定新零位具体包括：根据公垂线计算出各轴的关节转角；计算所述关节转角与标准零位时的角度差值；根据所述角度差值为各轴设定新零位。附图说明一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。图1是6轴机器人坐标系示意图；图2是机器人两相邻关节中4个变量的示意图；图3a、3b是现有技术中通常标定的机器人D-H参数；图4是带有激光跟踪仪的机器人标定系统的结构示意图；图5是根据本专利技术第一实施方式的基于激光跟踪仪的机器人标定方法的流程图；图6是根据本专利技术第一实施方式的基于激光跟踪仪的机器人标定方法的轨迹圆、轨迹圆的轴线以及单位向量示意图；图7是根据本专利技术第二实施方式的基于激光跟踪仪的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法，其特征在于，包括：依次控制机器人的所有轴进行单轴转动，并通过激光跟踪仪采集得到转动轴JN转动EN次，且每次转动至FN角度处的靶球球心坐标点组；其中，JN表示机器人的第N个轴，EN表示第N个轴的转动次数，FN表示第N个轴每次转动的角度；其中，N为自然数；其中，在第N轴单轴转动之前，且在每次单轴转动结束后，控制完成单轴转动的轴回归零点；分别根据采集得到的所述转动轴JN的靶球球心坐标点组拟合轨迹圆，并将轨迹圆的轴线作为对应转动轴JN的标定轴线方程；根据所述机器人各轴的标定轴线方程计算得到所述机器人各轴中任意相邻两轴的公垂线方程；根据所述机器人各轴的标定轴线方程以及所述公垂线方程计算所述机器人的D‑H参数；根据计算出的所述机器人的D‑H参数对所述机器人进行标定。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光跟踪仪的机器人标定方法，其特征在于，包括：依次控制机器人的所有轴进行单轴转动，并通过激光跟踪仪采集得到转动轴JN转动EN次，且每次转动至FN角度处的靶球球心坐标点组；其中，JN表示机器人的第N个轴，EN表示第N个轴的转动次数，FN表示第N个轴每次转动的角度；其中，N为自然数；其中，在第N轴单轴转动之前，且在每次单轴转动结束后，控制完成单轴转动的轴回归零点；分别根据采集得到的所述转动轴JN的靶球球心坐标点组拟合轨迹圆，并将轨迹圆的轴线作为对应转动轴JN的标定轴线方程；根据所述机器人各轴的标定轴线方程计算得到所述机器人各轴中任意相邻两轴的公垂线方程；根据所述机器人各轴的标定轴线方程以及所述公垂线方程计算所述机器人的D-H参数；根据计算出的所述机器人的D-H参数对所述机器人进行标定。2.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的机器人标定方法，其特征在于，所述根据所述机器人各轴的标定轴线方程以及所述公垂线方程计算所述机器人的D-H参数，具体包括：根据所述公垂线方程计算相邻的公垂线单位向量的夹角，所述公垂线单位向量的夹角为关节转角；计算所述各轴的标定轴线方程与第一公垂线方程的第一交点，以及与第二公垂线方程的第二交点，并计算得到所述第一交点以及第二交点之间的距离；其中，所述第一交点以及所述第二交点之间的距离为关节距离；计算相邻标定轴线方程间的公垂线段长度，所述公垂线段长度为杆件长度；计算相邻的轨迹圆轴线方向单位向量的夹角，所述轨迹圆轴线方向单位向量的夹角为杆件扭角。3.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪的机器人标定方法，其特征在于，在所述依次控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓华，王师，石德宇，张敏梁，邓洪洁，
申请(专利权)人：上海新时达电气股份有限公司，上海新时达机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31