本发明专利技术公开了一种基于PSD的工业机器人自标定装置，其将两个PSD分别安装在V形夹具的两个板上，且V形夹具放置在机器人可达范围内，根据机器人在不同位置时，使固定在机器人末端的激光器发出的激光束的投射光斑和反射光斑分别定位在两个PSD的中心点位置，并通过两条虚拟约束线，进行机器人零位偏差自标定和空间位姿的自标定。本发明专利技术的自标定装置结构简单，安装与操作简单，定位精度高，可同时实现机器人空间位姿与零位偏差的自标定；本发明专利技术还提供一种基于PSD的工业机器人自标定方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于エ业机器人的标定
，尤其涉及一种基于PSD和激光虚拟约束线的6自由度エ业机器人零位偏差及空间位姿自标定方法及装置。
技术介绍
随着工业机器人在エ业生产中应用范围以及所完成任务复杂程度的不断扩大，对エ业机器人位姿精度的要求也越来越高。目前，大多数商品化的机器人重复精度很高，能达到0. Imm数量级，但其定位精度却很差，只能达到Cm数量级，这样的定位精度远远不能满足现代エ业发展的要求。导致エ业机器人定位精度不高的原因有很多，例如机器人运动学模型的參数偏差、机器人杆件的弹性变形、齿轮传动误差、关节间隙以及环境因素等，对于不同结构、不同用途的机器人，以上各因素的影响也不尽相同。但一般来讲，机器人运动学模 型中几何结构參数偏差所引起的定位误差占机器人总误差的80%左右。因此，对机器人运动学模型进行偏差标定补偿进而提高其定位精度是目前机器人
内急需解决的问题。所谓标定就是应用先进的测量手段和基于模型的參数识别方法辨识出机器人模型的准确參数，从而提高机器人定位精度的过程。标定的结果是一组被识别的机器人參数，这些參数可以供机器人生产厂家作为产品质量检验指标，也可以帮助机器人用户提高机器人的定位精度。近年来，为了提高工业机器人的定位精度，国内外学者相继提出了一些标定方法，这些方法大致可以分为以下三种第一种方法是利用ー些高精度的测量设备来获取机器人末端精准的位置与姿态，例如三坐标测量机、电子经纬仪、球杆仪等。上述这些测量仪器在精度、成本及是否容易使用等方面有很大差异，但均具有需要专业的技术人员来操作这些仪器、数据采集费时费力、难以实现自动化、成本高、測量方法繁琐等缺点；第二种方法是增加外部冗余传感器，通过传感器提供的信息来实现机器人运动学參数的自标定，例如利用安装于机器人末端的摄像头对机器人运动学參数进行了自标定，但是使用视觉传感器的问题在于摄像机本身需要标定，而且由于视野和分辨率之间的矛盾导致很难获得较高的測量精度。第三种方法通过在机器人工作空间施加位置已知或形状已知的物理约束，利用机器人末端与这些约束接触，形成运动学闭合链并建立约束方程来求解运动学參数，例如中国专利技术专利号为CN101968341A所公开的ー种エ业机器人零位自标定方法及装置，其首先将ー个PSD器件任意放置在机器人可达工作空间，然后仅依赖于通过机器人末端的一束激光以不同位置自动定位投射在该PSD的中心点即可实现机器人的标定任务，但采用此种方法只能进行零位偏差自标定，不能进行机器人空间位姿的自标定，并且进行零位偏差自标定时，需要机器人末端或激光器从至少7个不同的方位将光斑投射到PSD的中心，因此标定过程复杂。由上述可见，研发适合机器人工作现场、便于携带并且成本低廉的机器人自标定方法及装置，已经成为机器人应用企业迫切需要解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种基于PSD的エ业机器人自标定装置，其结构简単，价格便宜，安装与操作简单，定位精度高，可同时实现机器人空间位姿与零位偏差的自标定；本专利技术还提供一种基于PSD的エ业机器人自标定方法。为实现上述目的，本专利技术的基于PSD的エ业机器人自标定装置包·括机器人；安装在机器人末端的激光器；设置于机器人可达工作空间内的V形夹具；分别安装在V形夹具的两个板上的两个位置敏感器件PSD，即第一 PSD和第二 PSD，其中，机器人在不同位置吋，激光器发出的激光束投射在第一 PSD或第二 PSD上，以便形成投射光斑和反射光束，且反射光束投射到第二 PSD或第一 PSD上，形成反射光斑；与第一 PSD和第二 PSD分别连接的机器人闭环控制単元，其将所述投射光斑和反射光斑分别定位在第一 PSD或第二 PSD的中心点位置，并确定对应的机器人末端的位置和机器人的6个关节角度值，以便通过点线关系，建·立两条虚拟约束线的几何方程组，从而实现机器人零位偏差自标定和空间位姿自标定；其中，所述两条虚拟约束线为第一 PSD和第二 PSD中心点连线分别在第一 PSD和第二 PSD表面反射所形成的反射线。其中，所述机器人闭环控制単元包括与所述第一 PSD和第二 PSD分别连接的信号处理电路，其对两个PSD的输出信号进行处理，并反馈投射光斑和反射光斑在对应PSD上的ニ维坐标位置；通过数据采集卡与信号处理电路连接的エ业控制计算机，其基于所述投射光斑和反射光斑在PSD上的ニ维坐标位置的反馈，发送指令给机器人控制器，使机器人控制器控制机器人带动激光器将所述投射光斑和反射光斑分别定位在对应PSD的中心点位置，同时传送对应位置时机器人的关节角度值。 特别是，所述数据采集卡通过无线通讯或机器人通讯接ロ方式与所述エ业控制计算机连接。优选的，所述激光器通过连接装置安装在机器人末端。本专利技术还提供一种基于PSD的エ业机器人自标定方法，该方法包括A)安装在机器人末端的激光器将发出的激光束投射在第一 PSD或第二 PSD上，形成投射光斑和反射光束，通过将反射光束投射到第二 PSD或第一 PSD上，形成反射光斑；B)通过闭环控制，使所述投射光斑定位在第一 PSD或第二 PSD的中心点位置，使所述反射光斑定位在第二 PSD或第一 PSD的中心点位置，然后将此时机器人末端所处位置标记为第一位置Pl ;C)根据机器人末端所处位置，确定机器人在当前位置的6个关节角度值；D)改变机器人末端所处位置，按照步骤A)—步骤C)的处理方式，分别得到基于第一位置的第二位置P2、第三位置P3和第四位置P4，以及与第二位置P2、第三位置P3和第四位置P4分别对应的机器人6个关节角度值；E)通过机器人末端所处的第一位置Pl和第二位置P2及机器人末端所处的第三位置P3和第四位置P4，以及确定的与上述各位置所对应的机器人6个关节角度值，分别通过点线关系，建立由两个PSD的中心点连线分别在两个PSD表面反射所形成的两条虚拟约束线的几何方程组，从而实现机器人零位偏差自标定和空间位姿自标定。特别是，所述B)步骤包括如下进行步骤BI)两个所述PSD的输出信号经所述信号处理电路处理后，给出所述投射光斑和反射光斑在两个所述PSD上的ニ维坐标位置，并将两个所述坐标位置通过数据采集卡反馈给エ业控制计算机；B2)エ业控制计算机基于所述坐标位置的反馈，发送指令给机器人控制器，并控制机器人带动激光器将所述投射光斑和反射光斑分别定位在相应PSD的中心点位置，同时标记机器人末端所处位置。。特别是，所述D)步骤包括如下进行步骤Dl)机器人末端基于第一位置Pl向上或向下移动一定距离，按照步骤A)—步骤C)的处理方式，将机器人末端所处位置标记为第二位置P2，确定机器人在对应位置处的6个关节角度值； D2)机器人末端基于第二位置向右偏转一定角度，按照步骤A)—步骤C)的处理方式，将机器人末端所处位置标记为第三位置P3，确定机器人在对应位置处的6个关节角度值；D3)机器人末端基于第三位置向上或向下移动一定距离，按照步骤A) —步骤C)的处理方式，将机器人末端所处位置标记为第四位置P4，确定机器人在对应位置处的6个关节角度值。特别是，所述E)步骤包括如下步骤El)通过机器人末端所处的第一位置和第二位置及机器人末端所处的第三位置和第四位置，及所确定的各对应位置处的机器人关节本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于PSD的工业机器人自标定装置，其特征在于，包括：机器人（1）；安装在机器人末端（2）的激光器（4）；设置于机器人（1）可达工作空间内的V形夹具（9）；分别安装在V形夹具（9）的两个板上的两个位置敏感器件PSD，即第一PSD（7）和第二PSD（8），其中，机器人在不同位置时，激光器发出的激光束投射在第一PSD或第二PSD上，以便形成投射光斑和反射光束，且反射光束投射到第二PSD或第一PSD上，形成反射光斑；与第一PSD（7）和第二PSD（8）分别连接的机器人闭环控制单元，其将所述投射光斑和反射光斑分别定位在第一PSD或第二PSD的中心点位置，并确定对应的机器人末端的位置和机器人的6个关节角度值，以便通过点线关系，建立两条虚拟约束线的几何方程组，从而实现机器人零位偏差自标定和空间位姿自标定；其中，所述两条虚拟约束线为第一PSD和第二PSD中心点连线分别在第一PSD和第二PSD表面反射所形成的反射线（5、6）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜必强，席宁，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：
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