一种机器人工具坐标系的标定方法及标定系统技术方案

技术编号:24321633 阅读:52 留言:0更新日期:2020-05-29 16:55
本发明专利技术提供一种机器人工具坐标系T‑xyz的标定方法及标定系统,将激光跟踪仪的标靶球安装到工具上;根据机器人的DH参数,建立机器人的基坐标系O‑xyz,工具坐标系T‑xyz;以标靶球的预定位置为坐标中心建立工具坐标系T‑xyz,其中,工具坐标系T‑xyz与机器人最末端的关节的坐标系E‑xyz方向一致;移动机器人到任意一非奇异点,记录各关节的角度;通过激光跟踪仪,测量安装在工具上的标靶球的预定位置与跟踪仪的相对距离H,根据上述数据标定工具坐标系T‑xyz。本发明专利技术在保证不降低测量精度的情况下,降低了测试成本。根据本发明专利技术的标定方法,理论上只需要标定一个点即可解算出工具的坐标系,缩短了标定流程。本发明专利技术标定方法,使用激光跟踪仪和软件系统,通过搭建机械模型和实际的测量数据,构成各个坐标系之间的闭环系统,不仅方便快捷,而且可操作性强。

A calibration method and system of robot tool coordinate system

【技术实现步骤摘要】
一种机器人工具坐标系的标定方法及标定系统
本专利技术属于机器人领域,具体而言,涉及一种机器人工具坐标系的标定方法及标定系统。
技术介绍
机器人如六轴机器人由于操作方便使用灵活,被广泛用在各个领域。而在不同的应用场景,需要进行更换不同的工具,同时需要重新建立工具坐标系,即重新标定工具坐标系。当前成熟的标定方法分为两大类,自标定和辅助标定。自标定,就是依靠机械结构本体和控制系统,进行标定如工业中常用的方法是“六点法”,即通过操作机器人示教2个位置点和4个姿态点,操作不仅复杂容易出现奇异点,且标定的工具坐标系的精度不高。辅助标定中,由于标定方法不同所以在标定过程中需要借助的测量工具不同,如行业中常用的激光跟踪仪和激光反馈装置(如T-MAC),标定过程中需要操作机器人标定多个点,虽然测量系统精度较高,但是标定流程复杂且标定成本较高。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术提供本专利技术提供一种机器人工具坐标系的标定方法,可以减小工具标定的复杂程度,还能快速完成标定,且降低了标定成本。本专利技术解决的如下技术问题至少之一:1)通过减少标定流程,降低标定的复杂度,提升了标定的可操作性。2)在不降低测量精度的情况下,降低了测试系统的成本。3)通过在软件内建立关联项,降低了计算的复杂度,提高了解算效率。具体地:一种机器人工具坐标系的标定方法,包括如下步骤:将激光跟踪仪的标靶球安装到工具上;根据机器人的DH参数,建立机器人的基坐标系O-xyz,最末端的关节的坐标系E-xyz;以标靶球的预定位置为坐标中心建立工具坐标系T-xyz,其中,工具坐标系T-xyz与机器人最末端的关节的坐标系E-xyz方向一致;移动机器人到任意一非奇异点,记录各关节的角度;计算得到坐标系E-xyz相对于基坐标系O-xyz的旋转矩阵和平移矩阵通过激光跟踪仪,测量安装在工具上的标靶球的预定位置与跟踪仪的相对距离H;根据激光跟踪仪的机械结构参数,建立激光跟踪仪的坐标系L-xyz;计算得到基坐标系O-xyz相对于坐标系L-xyz之间的旋转矩阵和平移矩阵计算得到坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的平移矩阵计算得到坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的旋转矩阵计算得到坐标系E-xyz相对于坐标系T-xyz的转换矩阵优选地,计算的方式为,根据坐标变换关系:进行计算;其中,为坐标系E-xyz相对于基坐标系O-xyz的转换矩阵,可通过坐标系E-xyz相对于基坐标系O-xyz的旋转矩阵和平移矩阵计算得出;为基坐标系O-xyz相对于坐标系L-xyz的转换矩阵,可通过基坐标系O-xyz相对于坐标系L-xyz之间的旋转矩阵和平移矩阵计算得出;为坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的转换矩阵,可通过坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的旋转矩阵和平移矩阵计算得出。优选地,还包括上位机,上位机用于控制机器人的运行,通过上位机内的计算程序,计算得到所述转换矩阵优选地,所述上位机的计算程序,用于通过机器人的的DH参数,机器人在任意一非奇异点的关节角度,激光跟踪仪的机械结构参数,激光跟踪仪测得的相对距离H,建立机器人和激光跟踪仪的机械模型,建立基坐标系O-xyz、坐标系L-xyz、坐标系E-xyz、坐标系T-xyz。优选地,建立机器人和激光跟踪仪的机械模型时,还包括建立世界坐标系W-xyz,并使所述基坐标系O-xyz、坐标系L-xyz、坐标系E-xyz、坐标系T-xyz与世界坐标系W-xyz关联。优选地,所述标靶球的预定位置为标靶球的球心。优选地,还包括通过激光跟踪仪的校准软件对激光跟踪仪的测量进行校准。优选地,所述机器人为六关节机器人,最末端的关节的坐标系E-xyz为第六关节的坐标系。另外本专利技术提供一种机器人工具坐标系标定系统,所述标定系统采用本专利技术任一所述的标定方法。优选地,所述标定系统包括:机器人,标靶球,激光跟踪仪,上位机;其中,上位机与激光跟踪仪,机器人控制连接,所述标靶球用于与激光跟踪仪配合测距。有益效果:本专利技术的实现,提供一种快速标定机器人工具的方法。在测试系统中借助标靶球进行返回激光跟踪仪的激光信号,在保证不降低测量精度的情况下,降低了测试成本。根据本专利技术的标定方法,理论上只需要标定一个点即可解算出工具的坐标系,缩短了标定流程。本专利技术标定方法,使用硬件激光系统和软件(可视化)系统,通过搭建机械模型和实际的测量数据,构成各个坐标系之间的闭环系统,不仅方便快捷,而且可操作性强。应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本公开。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施例,本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的机器人工具坐标系标定系统示意图。图2为本专利技术的机器人工具坐标系的标定原理示意图。图3为本专利技术的靶球上的一点位置在坐标系L-xyz的位置示意图。其中1-机器人的底座,2-机器人本体,3-机器人末端法兰盘,4-激光标靶球,5-激光跟踪仪,6-串口传输线,7-上位机。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而,示例实施例能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施例;相反,提供这些实施例使得本公开将全面和完整,并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。附图中所示的方框图仅仅是功能实体,不一定必须与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。应理解,虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构,但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此,下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用,术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。本领域技术人员可以理解,附图只是示例实施例的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的,因此不能用于限制本公开的保护范围。下面结合附图1-3对本专利技术中的具体实施方式的内容进行详细描述:如图1所示,示意出了本专利技术的机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人工具坐标系的标定方法,其特征在于:包括如下步骤:/n将激光跟踪仪的标靶球安装到工具上;/n根据机器人的DH参数,建立机器人的基坐标系O-xyz,最末端的关节的坐标系E-xyz;以标靶球的预定位置为坐标中心建立工具坐标系T-xyz,其中,工具坐标系T-xyz与机器人最末端的关节的坐标系E-xyz方向一致;移动机器人到任意一非奇异点,记录各关节的角度;/n计算得到坐标系E-xyz相对于基坐标系O-xyz的旋转矩阵

【技术特征摘要】
1.一种机器人工具坐标系的标定方法,其特征在于:包括如下步骤:
将激光跟踪仪的标靶球安装到工具上;
根据机器人的DH参数,建立机器人的基坐标系O-xyz,最末端的关节的坐标系E-xyz;以标靶球的预定位置为坐标中心建立工具坐标系T-xyz,其中,工具坐标系T-xyz与机器人最末端的关节的坐标系E-xyz方向一致;移动机器人到任意一非奇异点,记录各关节的角度;
计算得到坐标系E-xyz相对于基坐标系O-xyz的旋转矩阵和平移矩阵
通过激光跟踪仪,测量安装在工具上的标靶球的预定位置与跟踪仪的相对距离H;
根据激光跟踪仪的机械结构参数,建立激光跟踪仪的坐标系L-xyz;
计算得到基坐标系O-xyz相对于坐标系L-xyz之间的旋转矩阵和平移矩阵
计算得到坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的平移矩阵计算得到坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的旋转矩阵
计算得到坐标系E-xyz相对于坐标系T-xyz的转换矩阵


2.根据权利要求1所述的标定方法,其特征在于:计算的方式为,根据坐标变换关系:进行计算;其中,为坐标系E-xyz相对于基坐标系O-xyz的转换矩阵,可通过坐标系E-xyz相对于基坐标系O-xyz的旋转矩阵和平移矩阵计算得出;

为基坐标系O-xyz相对于坐标系L-xyz的转换矩阵,可通过基坐标系O-xyz相对于坐标系L-xyz之间的旋转矩阵和平移矩阵计算得出;

为坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的转换矩阵,可通过坐标系L-xyz相对于坐标系T-xyz的旋转矩阵和平移矩阵计算得出。


3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵航刘旭魏佳欣王长恺胡飞鹏应坤
申请(专利权)人:珠海格力电器股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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