一种机器人零点标定方法及其标定设备技术

本发明专利技术涉及汽车部件模具领域，具体是一种机器人零点标定方法及其标定设备，该方法具体步骤如下：S1、机器人接触标准球；S2、检测IO信号；S3、探针接触标准球；S4、求出P

【技术实现步骤摘要】
一种机器人零点标定方法及其标定设备


[0001]本专利技术涉及机器人零点校准
，具体是一种机器人零点标定方法及其标定设备。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的发展，国内机器人市场已成为全球最大的机器人市场，每年都有数以万计的机器人投入使用。而机器人在使用过程中，如果操作失误导致机器人与外部设备发生碰撞，可能导致机器人零点的偏移，进而影响到机器人的精度。为了恢复机器人的精度，碰撞后需要重新校准机器人的零点。
[0003]目前有两种零点标定方式得到了广泛应用，一种是使用激光跟踪仪对机器人进行标定，如中国专利号为01810718695.5的一种基于激光跟踪仪的机器人标定专利技术所述，这种标定方式是通过让机器人的所有轴分别单独旋转，然后利用高精度激光跟踪仪采集机器人旋转时末端靶球的多个位置，考虑到这些靶球位置均在同一个圆上，因而可以利用这些靶球位置拟合出各轴的轴线，最后基于所有轴的轴线求出机器人DH参数，完成机器人的标定，这种方式的优点在于激光跟踪仪的测量精度很高，可以实现高精度的校准，但也因为激光跟踪仪的使用，其硬件设备成本在50万以上，一般机器人生产厂家或研究机构才有能力购置，普通用户承担不起。另一种标定方式是利用两个尖点对齐的方式来实现。
[0004]又如中国专利号为201711070239.6一种高效便捷的简易机器人标定专利技术所述，这种标定方式的实现原理是在机器人末端装上一个工具尖点，在机器人外侧再固定一个测量尖点，操作机器人使得其末端的工具尖点以20个不同的姿态对齐测量尖点，然后利用工具尖点和测量尖点的位置相同来求解机器人的零点偏差。这种标定方式的优点在于其成本低，不足千元，而缺点是两个尖点对齐是由人工示教完成的，效率低，而且精度无法保证。
[0005]又如中国专利号为201811464713.8的一种用于双机器人相对空间位置标定的专利技术中，使用了标准球并标定出机器人工具坐标系，但是通过3D传感器，基于视觉或激光的非接触测量，通过传感器能直接测量出标准球球心位置，优点是精度高，缺点是成本高。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出一种机器人零点标定方法及其标定设备。
[0007]一种机器人零点标定方法，其具体步骤如下：
[0008]S1、机器人接触标准球：操作机器人使得探针以某个姿态去接触标准球；
[0009]S2、检测IO信号：探针接触到标准球时，机器人能够检测到IO信号由低电平变为高电平，并记录下此时机器人法兰中心的位置P1和关节位置J1；
[0010]S3、探针接触标准球：在不改变探针姿态的情况下，操作机器人使探针接触标准球的其他4个位置，记录下IO信号由低电平变为高电平时机器人法兰中心的位置P2～P5及关节位置J2～J5；
[0011]S4、求出P
c
和r：考虑到P1～P5处于同一个球面上，假设此球面的球心位置为 P
c
，半
径为r
c
，则对于任意一点P
i
有式a成立：
[0012][0013]将P1～P5的数据代入，并利用最小二乘法即可求出P
c
和r；
[0014]S5、红宝石移动：当机器人法兰中心移动到P
c
处，此时探针的红宝石将位于标准球的球心处；
[0015]S6、不同的姿态去接触标准球：操作机器人使得探针以不同的姿态去接触标准球，所有的P
c
与标准球的球心位置P
b
的距离相同，令此距离为r
b
，因而有式 b成立：
[0016][0017]S7、求出标准球的球心位置P
b
：通过20个姿态下测量出的P
c
，结合上式，基于最小二乘算法即可求出标准球的球心位置P
b
；
[0018]S8、第一个姿态下：假设在第一个姿态下，法兰坐标系的姿态为R1，当法兰中心在P
c1
处时，标准球球心P
b
在法兰坐标系下的位置为P
t
，则有式c成立：
[0019]P
c1
+R1·
P
t
＝P
b
ꢀꢀꢀ
(c)；
[0020]S9、求出P
t
：根据几何关系可知，红宝石中心在法兰坐标系下的位置也为P
t
，利用上式可以求出P
t
如式d所示：
[0021][0022]S10、建立标准球坐标系：在标准球球心处，建立一个标准球坐标系，坐标系的朝向与机器人基坐标系相同；
[0023]S11、R
f
和P
f
相对于姿态和位置：在已知探针标定时各轴关节位置J的情况下，则红宝石的中心在标准球坐标系下的位置P如式e所示，式中R
f
和P
f
分别为法兰坐标系相对于机器人坐标系的姿态和位置；
[0024][0025]P＝R
f
·
P
t
+P
f
‑
P
b
ꢀꢀꢀ
(e)；
[0026]S12、红宝石中心与标准球球心的距离：考虑到红宝石中心与标准球球心的距离为r，则有式f成立：
[0027]r＝P
·
P
T
ꢀꢀꢀ
(f)；
[0028]S13、零点偏差修正：基于上式利用最小二乘算法进行迭代优化，最终可求出ΔJ、ΔP
b
和ΔP
t
的值，机器人走到ΔJ位置处进行清零，即可实现零点偏差的修正。
[0029]所述的S6中，在每种姿态下，均可以通过接触标准球上的5个位置计算出对应的P
c
。
[0030]所述的S11中，函数fk()为机器人正解函数。
[0031]所述的S12中，若机器人关节位置J以及P
t
、P
b
存在偏差，则式f不成立，此时有式g成立。
[0032]在式g中，式中函数jb()为误差雅克比函数，ΔJ为关节零点偏差，ΔP
b
和ΔP
t
分别
为P
t
和P
b
的偏差，具体为：
[0033]Δr＝r
‑
P
·
P
T
＝jb(ΔJ,ΔP
b
,ΔP
t
)
ꢀꢀꢀ
(g)
[0034]利用机器人零点标定方法的标定设备，包括利用球的球面上任一一点距离球心的距离相同这一个特征来进行求解计算的标准球、用于支撑标准球的支架、用来测量标准球位置的探针。
[0035]所述的探针包括探针主体、设置在探针主体上的若干组引线、相对于探针主体伸缩的测量杆、安装在测量杆末端上的红宝石。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人零点标定方法，其特征在于：其具体步骤如下：S1、机器人接触标准球(6)：操作机器人使得探针(5)以某个姿态去接触标准球(6)；S2、检测IO信号：探针(5)接触到标准球(6)时，机器人能够检测到IO信号由低电平变为高电平，并记录下此时机器人法兰中心的位置P1和关节位置J1；S3、探针(5)接触标准球(6)：在不改变探针姿态的情况下，操作机器人使探针(5)接触标准球(6)的其他4个位置，记录下IO信号由低电平变为高电平时机器人法兰中心的位置P2～P5及关节位置J2～J5；S4、求出P
c
和r：考虑到P1～P5处于同一个球面上，假设此球面的球心位置为P
c
，半径为r
c
，则对于任意一点P
i
有式(a)成立：将P1～P5的数据代入，并利用最小二乘法即可求出P
c
和r；S5、红宝石(4)移动：当机器人法兰中心移动到P
c
处，此时探针(5)的红宝石(4)将位于标准球(6)的球心处；S6、不同的姿态去接触标准球(6)：操作机器人使得探针(5)以不同的姿态去接触标准球(6)，所有的P
c
与标准球(6)的球心位置P
b
的距离相同，令此距离为r
b
，因而有式(b)成立：S7、求出标准球(6)的球心位置P
b
：通过20个姿态下测量出的P
c
，结合上式，基于最小二乘算法即可求出标准球(6)的球心位置P
b
；S8、第一个姿态下：假设在第一个姿态下，法兰坐标系的姿态为R1，当法兰中心在P
c1
处时，标准球(6)球心P
b
在法兰坐标系下的位置为P
t
，则有式(c)成立：P
c1
+R1·
P
t
＝P
b
ꢀꢀꢀꢀ
(c)；S9、求出P
t
：根据几何关系可知，红宝石(4)中心在法兰坐标系下的位置也为P
t
，利用上式可以求出P
t
如式(d)所示：S10、建立标准球坐标系：在标准球(6)球心处，建立一个标准球坐标系，坐标系的朝向与机器人基坐标系相同；S11、R
f
和P
f
相对于姿态和位置：在已知探针标定时各轴关节位置J的情况下，则红宝石(4)的中心在标准球坐标系下的位置P如式(e)所示，式中R
f
和P
f
分别为法兰坐标系相对于机器人坐标系的姿态和位置；P＝R
f...

【专利技术属性】
技术研发人员：储昭琦，张小龙，郑龙，毛大超，王保糖，王涛，党进，马英，
申请(专利权)人：埃夫特智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：