本发明专利技术公开了一种工业机器人的绝对定位误差补偿装置，包括多个光电扫描角度测量基站和靶标；所述6D靶标安装在机器人的末端，所述靶标外表面上安装朝向各不相同的不在同一平面的至少6个光电接收器，各接收器朝向为所在平面法向量方向，各接收器球心间的相互位置关系固定且已提前标定；还公开了一种绝对定位误差补偿方法，包括：标定靶标坐标系、机器人基坐标系和wMPS坐标系之间的相对位置关系，提出了一种空间网格两步法划分策略，建立并实时更新空间误差库，由插值算法求出机器人运动轨迹上关键节点绝对定位误差值，修正控制程序中的坐标值，在不影响运行节拍的前提下完成机器人绝对定位误差的在线补偿。对定位误差的在线补偿。对定位误差的在线补偿。
【技术实现步骤摘要】
工业机器人绝对定位误差补偿装置及方法
[0001]本专利技术涉及工业机器人的绝对定位误差补偿，具体涉及一种基于工作空间测量定位系统的工业机器人的绝对定位误差高效补偿装置及方法。
技术介绍
[0002]工业机器人的广泛应用加速了现代工业自动化进程，极大提高了生产效率，使人得以从繁琐的工作中解放出来，但同时也对机器人的加工精度提出了更高的需求。机器人的精度评价主要包括两方面：绝对定位精度和重复定位精度。绝对定位精度指机器人在离线编程的前提下到达某一位置的实际值和名义值偏差，重复定位精度指机器人多次到达同一位置的偏差程度。一般来说工业机器人的重复定位精度为亚毫米级而绝对定位精度为毫米级。就工业批量化生产线上的机器人来说只要重复定位精度足够高就可以完成工作，但对应用在精密加工领域的机器人来说，绝对定位精度更为重要。在生产作业过程中机器人的绝对定位误差是动态变化的，为在不影响运行节拍的前提下提升机器人的绝对定位精度，需要在两次作业循环间隙完成误差在线补偿。
[0003]现有的机器人绝对定位误差补偿方法一般分为基于运动学参数模型的误差补偿和非运动学参数模型的误差补偿，基于运动学参数模型的误差补偿根据机器人的运动学参数建立位姿误差模型，然后利用高精度测量设备对末端位姿误差进行测量，接着将测得的误差代入误差模型中辨识出实际的运动学参数值，最后对误差进行补偿。基于非运动学参数模型的误差补偿通过曲线拟合、神经网络或空间插值的方法对机器人的绝对定位误差进行估计和补偿。
[0004]专利CN112873199A公布了一种基于运动学与空间插值的机器人绝对定位精度标定方法，通过结合几何参数的辨识和空间插值算法达到提升机器人绝对定位精度目的。专利CN102374847A公布了一种工作空间六自由度位姿动态测量设备及方法，所述方法中提及六自由度传感器，内部设置有wMPS接收器用于接收发射站发出的光信号，六自由度传感器根据接收器收到光信号后的输出计算出发射器转台转过的角度信息，该传感器为长方体，每个侧面及棱边上分为上下两排交错安装8个wMPS接收器，该六自由度传感器上的wMPS接收器在两个平面上分布，在实际应用中所述工作空间中的基站信号易被其他物体遮挡，不能确保全部基站的信号能够完全被接收器收集。专利CN112276999A公布了一种基于激光跟踪仪对工业机器人的杆长标定方法及装置，通过激光跟踪仪分别测量拟合各轴单轴旋转时圆周半径及圆心位置以计算实际运动学几何参数，完成机器人的几何参数误差修正。专利CN110385720A公布了一种基于深度神经网络的机器人定位误差补偿方法，通过位姿数据采集，神经网络训练，定位误差预测的方式获取目标点坐标的修正值。专利CN107421441A公布了一种外部测量设备辅助的机器人定位误差在线补偿方法，通过激光跟踪仪直接测量末端执行器的三维位置信息，进而对其定位信息进行补偿。专利CN106247932A公布了一种基于摄影系统的机器人在线误差补偿装置及方法，通过多相机组合摄影测量系统、二维倾角测量仪结合工业机器人自带的编码器共同完成机器人末端三维姿态的测量，经过数据融合、
对比得到补偿值，控制工业机器人使误差得到补偿。但是以上方法中基于参数模型的离线误差补偿方法只能补偿因运动学因素导致的绝对定位误差，对机器人工作过程中由非运动学因素引入的绝对定位误差不具备补偿能力，基于非参数模型的误差在线补偿方法受测量设备的限制，在复杂的工业现场容易因遮挡而无法获取位姿信息，若选择在作业循环间隙通过建立空间误差库的方式插值补偿定位误差则需采集大量的位姿信息，现有测量设备在短时间内无法完成，且操作过程复杂，对操作人员的要求较高，过程繁琐，自动化程度较差，补偿时效性不足。
[0005]为此，需要一种针对工业机器人的绝对定位误差实时补偿需求，能够实现在线补偿的装置及方法。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种操作简便，普适性与实时性强的工业机器人绝对定位误差高效补偿方法及装置，引入工作空间测量定位系统(workspace MeasurementPositioning System，wMPS)，通过实时空间三维坐标测量并结合空间插值方法，在不影响作业节拍的前提下，解决了绝对定位误差无法实现在线补偿的问题。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]工业机器人的绝对定位误差在线补偿装置，包括多个光电扫描角度测量基站和6自由度姿态靶标，简称6D靶标；
[0009]其中各基站分散布置在机器人周围，其组合测量空间包含机器人整个运动空间；
[0010]所述靶标为安装在机器人末端法兰的6D靶标，所述靶标的外轮廓为多面体，且所述外轮廓包括至少包括六个面，所述靶标外表面上安装朝向各不相同的至少6个不在同一平面的光电接收器，各接收器朝向为所在平面法向量方向，各接收器球心间的相互位置关系固定且已提前标定；
[0011]并且，相邻两台基站的光平面公共扫描区域不少于靶标表面积的1/2，在机器人运动过程中每相邻两台基站的光信号至少能被一个接收器接收。
[0012]优选的，所述靶标的横截面为正六边形。
[0013]利用所述绝对定位误差补偿装置的工业机器人绝对定位误差在线补偿方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一：将多个基站布置在机器人周边，所述基站的组合测量空间覆盖机器人整个运动空间，在机器人末端法兰上安装6D靶标，选定一个基站作为主基站，其余基站为从基站，完成主基站和各从基站之间位姿关系的标定；
[0015]步骤二：在机器人的工作空间控制机器人分别绕1、3、6轴做单轴旋转运动，选取运动过程中的多个点作为测量点，标定靶标坐标系、机器人基坐标系和wMPS坐标系之间的相对位置关系；其中所述测量点均匀分布在工作空间，且每轴的点数至少为8个；
[0016]步骤三：在工作空间均匀随机选取空间点测量其绝对定位误差值，根据空间任意两点距离与对应绝对定位误差矢量差值的Pearson系数值选取网格划分策略以划分工作空间为边长不一的立方体网格，以网格节点在机器人基坐标系的坐标值控制机器人运动，在机器人运动过程中，利用wMPS测量节点实际坐标值并转换到机器人基坐标系下求取节点处的绝对定位误差值，以建立空间误差库；
[0017]步骤四：选择机器人运动轨迹中的重要节点，利用插值方法预测所述重要节点的绝对定位误差值，在笛卡尔坐标空间中对重要节点坐标根据步骤三获得的空间定位误差库进行修正，用修正后的坐标值在机器人运动控制程序中替换机器人基坐标系下的名义坐标值驱动机器人运动，实现对绝对定位误差的补偿。
[0018]进一步的，步骤二具体包括如下步骤：
[0019]步骤2
‑
1：在工作空间中控制机器人绕1、3、6轴做单轴运动，运动过程中每隔5～10
°
记录当前的位置坐标，每轴至少有8个测量点；
[0020]步骤2
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2：根据测量点坐标和圆周拟合模型拟合出轴1、3、6的运动轨迹，得到圆面法向量，圆周半径和圆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.工业机器人的绝对定位误差在线补偿装置，其特征在于，包括多个光电扫描角度测量基站和6自由度姿态靶标，简称6D靶标；其中各基站分散布置在机器人周围，其组合测量空间包含机器人整个运动空间；所述靶标为安装在机器人末端法兰的6D靶标，所述靶标的外轮廓为多面体，且所述外轮廓包括至少包括六个面，所述靶标外表面上安装朝向各不相同的至少6个不在同一平面的光电接收器，各接收器朝向为所在平面法向量方向，各接收器球心间的相互位置关系固定且已提前标定；并且，相邻两台基站的光平面公共扫描区域不少于靶标表面积的1/2，在机器人运动过程中每相邻两台基站的光信号至少能被一个接收器接收。2.根据权利要求1所述的绝对定位误差在线补偿装置，其特征在于，所述靶标的横截面为正六边形。3.利用如权利要求1所述的绝对定位误差补偿装置的工业机器人绝对定位误差在线补偿方法，包括以下步骤：步骤一：将多个基站布置在机器人周边，所述基站的组合测量空间覆盖机器人整个运动空间，在机器人末端法兰上安装6D靶标，选定一个基站作为主基站，其余基站为从基站，完成主基站和各从基站之间位姿关系的标定；步骤二：在机器人的工作空间控制机器人分别绕1、3、6轴做单轴旋转运动，选取运动过程中的多个点作为测量点，标定靶标坐标系、机器人基坐标系和wMPS坐标系之间的相对位置关系；其中所述测量点均匀分布在工作空间，且每轴的点数至少为8个；步骤三：在工作空间均匀随机选取空间点测量其绝对定位误差值，根据空间任意两点距离与对应绝对定位误差矢量差值的Pearson系数值选取网格划分策略以划分工作空间为边长不一的立方体网格，以网格节点在机器人基坐标系的坐标值控制机器人运动，在机器人运动过程中，利用wMPS测量节点实际坐标值并转换到机器人基坐标系下求取节点处的绝对定位误差值，以建立空间误差库；步骤四：选择机器人运动轨迹中的重要节点，利用插值方法预测所述重要节点的绝对定位误差值，在笛卡尔坐标空间中对重要节点坐标根据步骤三获得的空间定位误差库进行修正，用修正后的坐标值在机器人运动控制程序中替换机器人基坐标系下的名义坐标值驱动机器人运动，实现对绝对定位误差的补偿。4.根据权利要求3所述的工业机器人绝对定位误差在线补偿方法，其特征在于，所述步骤二具体包括如下步骤：步骤2
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1：在工作空间中控制机器人绕1、3、6轴做单轴运动，运动过程中每隔5～10
°
记录当前的位置坐标，每轴至少有8个测量点；步骤2
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2：根据测量点坐标和圆周拟合模型拟合出轴1、3、6的运动轨迹，得到圆面法向量，圆周半径和圆心坐标；步骤2
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3：将圆面法向量单位化得到机器人基坐标系到wMPS测量坐标系的旋转矩阵；步骤2
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4：由获得的圆面法向量和圆周半径得到靶标相对于末端法兰中心点的位置偏移量；步骤2
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5：根据机器人在机械零点处时基坐标系的坐标值和wMPS坐标系的坐标值得到机器人基坐标系和wMPS测量坐标系的转换关系中的平移向量。
【专利技术属性】
技术研发人员：林嘉睿，邾继贵，任永杰，杨凌辉，孙岩标，程东源，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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