一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置及方法，该机器人姿态测量装置包括转接板、XY运动平台、连接板、反射球球座和反射球，测量方法包括以下步骤：建立基座标系：通过控制机器人，依次确定第一Z轴、第一原点、第一X轴和第一Y轴；获取描述机器人姿态的矩阵：通过移动XY运动平台的X方向运动轴和Y方向运动轴，依次确定第二X轴方向矢量和第二Y轴方向矢量，再确定第二Z轴方向矢量；解算机器人绕第一Z轴、第一Y轴、第一X轴旋转的角度αβ、γ。本发明专利技术通过测量装置而不是通过机器人来控制反射球移动，建立了机器人的末端工具坐标系，实现基于跟踪仪的机器人姿态测量，提高机器人的标定精度。的标定精度。的标定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及机器人测量
，具体涉及一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置及方法。

技术介绍

[0002]作为一种集机械、电子、计算机、控制、传感器等多学科于一体的复杂智能机器人，工业机器人已经广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等各个领域零部件的加工。工业机器人成为衡量一个国家先进制造水平的重要标准之一，高精度的工业机器人也成为社会发展的必然趋势。机器人的标定主要是研究由制造、安装等造成的各种几何和其他方面的非几何误差。
[0003]标定主要包括建模、测量、参数辨识和误差补偿4个方面。其中测量是机器人标定中较困难、且耗时长的阶段，在整个标定过程中，测量系统的选择是至关重要的，因为测量系统选择及测量方法影响机器人标定的效率及可靠性。目前，在机器人标定中，激光跟踪仪作为较为广泛的测量设备，它具有高精度、高分辨率、测量范围广等优点。但是，现有的方法中，主要以测量位置信息较多，而测量姿态的方法鲜有提及。鉴于此，目前亟待提出一种新的机器人姿态测量方法和设计一种新型的机器人姿态测量装置，实现基于跟踪仪的机器人姿态测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置及方法，较为广泛使用的激光跟踪仪测量设备以测量位置信息为主，但是在机器人标定中，姿态信息也是至关重要的，本专利技术可以获取机器人的姿态信息，从而提高机器人的标定精度。
[0005]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0006]一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置，所述机器人姿态测量装置包括转接板、XY运动平台、连接板、反射球球座和反射球，其中，所述XY运动平台102包括X方向运动轴和Y方向运动轴，X方向运动轴和Y方向运动轴呈“十”字交叉连接，并且X方向运动轴和Y方向运动轴通过连接构件可交互“十”字交叉移动；
[0007]所述转接板101与XY运动平台102的Y方向运动轴相连，所述反射球球座104通过连接板103固定在XY运动平台102的X方向运动轴上，反射球105通过磁力作用吸附在反射球球座104上。
[0008]进一步地，为了保证反射球在XY运动平台沿着X方向运动轴和Y方向运动轴的移动是机器人工具坐标系的X方向和Y方向，需要根据机器人工具坐标系中X与Y方向定义，设计一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的转接板101。除此之外，为了实现通用性，根据不同机器人的末端法兰盘的孔位特征，在转接板101上的孔洞设计为滑槽形式。同时为了不与XY运动平台发生干涉，采用沉头孔的形式。
[0009]进一步地，所述转接板101与XY运动平台102的Y方向运动轴连接后，XY运动平台102的X方向运动轴和Y方向运动轴分别与机器人中工具坐标系的X与Y方向定义一致。所述机器人姿态测量装置通过转接板101固定在机器人的末端法兰盘上。
[0010]本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0011]一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
[0012]S1、建立基座标系：通过控制机器人，依次确定第一Z轴、第一原点、第一X轴和第一Y轴；
[0013]S2、获取描述机器人姿态的矩阵：通过移动XY运动平台的X方向运动轴和Y方向运动轴，依次确定第二X轴方向矢量和第二Y轴方向矢量，再确定第二Z轴方向矢量；
[0014]S3、解算机器人绕第一Z轴、第一Y轴、第一X轴旋转的角度α、β、γ。
[0015]进一步地，所述步骤S1过程如下：
[0016]S11、从机器人的固定基座开始为关节轴进行编号，第一个可动关节轴为关节轴1，因为在初始姿态下，机器人关节轴1的旋转轴方向是基座标系的Z轴，即第一Z轴。所以控制机器人回到初始姿态，转动机器人的关节轴1，利用连续测点的方式记录转动过程中的反射球位置，再通过多点拟合圆，确定圆心O1，通过圆心的法线即为第一Z轴的方向矢量；
[0017]S12、因为机器人基座平面是机器人基座标系的XY平面，所以基座标系的原点，即第一原点在机器人基座平面中。，通过记录机器人基座平面不同位置的信息，利用多点拟合平面；
[0018]S13、然后创建通过圆心O1与该多点拟合平面垂直的直线，该直线即为所求的第一Z轴，第一Z轴与多点拟合平面的交点O0即为第一原点；
[0019]S14、控制机器人只沿第一X轴方向移动，利用连续测点的方式记录移动过程中的反射球位置，再通过拟合直线，确定第一X轴；
[0020]S15、根据第一Z轴、第一原点O0和第一X轴，由右手定则确定第一Y轴。
[0021]进一步地，所述步骤S2过程如下：
[0022]S21、从机器人的固定基座开始为关节轴进行编号，i＝1，2，3，
…
，n，末端关节轴为关节轴n，XY运动平台的初始位置定义为机器人的末端法兰盘的中心位置，沿关节轴n的旋转轴Z
n
偏移转接板和XY运动平台两者总共的厚度，控制反射球运动到XY运动平台的初始位置；
[0023]S22、因为反射球沿着XY运动平台的X方向运动轴和Y方向运动轴移动是机器人工具坐标系的X轴和Y轴方向，所以控制反射球分别沿着XY运动平台的X方向运动轴和Y方向运动轴移动，并利用激光跟踪仪记录机器人的位置信息，分别得到第二X轴方向矢量和第二Y轴方向矢量；
[0024]S23、由第二X轴方向矢量叉乘第二Y轴方向矢量得到第二Z轴方向矢量，利用第二X轴方向矢量、第二Y轴方向矢量和第二Z轴方向矢量在第一X轴方向矢量、第一Y轴方向矢量、第一Z轴方向矢量的投影，并进行归一化处理，得到描述机器人姿态的矩阵；步骤S23具体如下：
[0025]假设机器人工具坐标系为O
t
X
t
Y
t
Z
t
，基座标系为O
s
X
s
Y
s
Z
s
，利用激光跟踪仪测量得到
的机器人基座标系的X、Y、Z轴方向矢量分别为和测量并计算获得的工具坐标系的X、Y、Z轴方向矢量分别为系的X、Y、Z轴方向矢量分别为和将方向矢量和在测量得到的机器人基坐标系坐标轴的X,Y,Z方向矢量上进行投影，并进行归一化处理，得到表示机器人姿态的矩阵R，假设用如下矩阵表示机器人的姿态矩阵R：
[0026][0027]其中，式中的“.”表示向量相乘。
[0028]进一步地，所述步骤S22中反射球在XY运动平台的线性运动过程如下：
[0029]为了得到机器人工具坐标系的3个坐标轴方向矢量，在机器人不动的情况下，至少需要测量机器人末端3个点的信息。所以控制反射球在XY运动平台线性运动得到机器人工具坐标系的X轴方向矢量和Y轴方向矢量。先让反射球从XY运动平台的初始位置沿XY运动平台的X方向运动轴移动，运动至给定的距离后，记录此时的位置信息，得到第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置，其特征在于，所述机器人姿态测量装置包括转接板、XY运动平台、连接板、反射球球座和反射球，其中，所述XY运动平台包括X方向运动轴和Y方向运动轴，X方向运动轴和Y方向运动轴呈“十”字交叉连接，并且X方向运动轴和Y方向运动轴通过连接构件可交互“十”字交叉移动；所述转接板与XY运动平台的Y方向运动轴相连，所述反射球球座通过连接板固定在XY运动平台的X方向运动轴上，反射球通过磁力作用吸附在反射球球座上。2.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置，其特征在于，所述XY运动平台的X方向运动轴和Y方向运动轴分别与机器人中工具坐标系的X与Y方向定义一致。3.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置，其特征在于，所述机器人姿态测量装置通过转接板固定在机器人的末端法兰盘上。4.一种根据权利要求1至3任一所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：S1、建立基座标系：通过控制机器人，依次确定第一Z轴、第一原点、第一X轴和第一Y轴；S2、获取描述机器人姿态的矩阵：通过移动XY运动平台的X方向运动轴和Y方向运动轴，依次确定第二X轴方向矢量和第二Y轴方向矢量，再确定第二Z轴方向矢量；S3、解算机器人绕第一Z轴、第一Y轴、第一X轴旋转的角度α、β、γ。5.根据权利要求4所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S1过程如下：S11、控制机器人回到初始姿态，从机器人的固定基座开始为关节轴进行编号，第一个可动关节轴为关节轴1，控制机器人的关节轴1转动，利用连续测点的方式记录转动过程中的反射球位置，再通过多点拟合圆，确定圆心O1，通过圆心的法线即为第一Z轴的方向矢量；S12、确定第一原点，通过记录机器人基座平面不同位置的信息，利用多点拟合平面；S13、然后创建通过圆心O1与该多点拟合平面垂直的直线，该直线即为所求的第一Z轴，第一Z轴与多点拟合平面的交点O0即为第一原点；S14、控制机器人只沿第一X轴方向移动，利用连续测点的方式记录移动过程中的反射球位置，再通过拟合直线，确定第一X轴；S15、根据第一Z轴、第一原点O0和第一X轴，由右手定则确定第一Y轴。6.根据权利要求4所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S2过程如下：S21、从机器人的固定基座开始为关节轴进行编...

【专利技术属性】
技术研发人员：何振亚，郑红英，袁浩伦，张宪民，黄健洋，钱佳珂，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：