基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定方法

摘要

本发明公开了一种基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定装置及方法。它包括系统平台、靶标法兰、靶标安装孔、机器人导轨、机器人、激光跟踪仪、工件、数控精加工机床、三坐标数控定位器、上位机；系统平台上安装有9个通过高精密数控机床加工出的靶标安装孔、三坐标数控定位器、机器人导轨，在三坐标数控定位器上固定有工件，在机器人导轨上安装有机器人，机器人上安装有靶标法兰，靶标法兰上有6个靶标安装孔，在靶标安装孔上设有靶标，系统平台外侧设有数控精加工机床、激光跟踪仪、上位机。本发明的优点在于：(1)能够自动化标定带附加外轴的机器人坐标系统；(2)标定精度高、标定结果可靠；(3)标定操作简单、效率高。

主权项

一种基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定方法，其特征在于使用基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定装置进行标定，包括标定世界坐标系(11)、标定靶标工具坐标系(12)、标定BASE坐标系(13)和标定TRACK坐标系(14)，标定BASE坐标系(13)包括标定BASE坐标系(13)各坐标轴方向和标定BASE坐标系(13)原点，所述的基于激光跟踪测量的附加外轴机器人自动标定装置包括系统平台(1)、靶标法兰(2)、靶标安装孔(3)、机器人导轨(4)、机器人(5)、激光跟踪仪(6)、工件(7)、数控精加工机床(8)、三坐标数控定位器(9)、上位机(10)；系统平台(1)上安装有9个通过高精密数控机床加工出的靶标安装孔(3)、三坐标数控定位器(9)、机器人导轨(4)，在三坐标数控定位器(9)上固定有工件(7)，在机器人导轨(4)上安装有机器人(5)，机器人(5)上安装有靶标法兰(2)，靶标法兰(2)上有6个靶标安装孔(3)，在靶标安装孔(3)上设有靶标，系统平台(1)外侧设有数控精加工机床(8)、激光跟踪仪(6)、上位机(10)，其中，标定世界坐标系(11)的步骤为：a)测量9个平台上的靶标在激光跟踪仪坐标系(16)下的位置；b)将平台上的靶标在激光跟踪仪坐标系(16)下的空间实际位置与理论位置进行匹配计算，获取激光跟踪仪坐标系(16)在世界坐标系(11)下的姿态；c)根据激光跟踪仪坐标系(16)与世界坐标系(11)的位姿转换关系，将激光跟踪仪测量坐标系(16)转站到世界坐标系(11)下；标定BASE坐标系(13)各坐标轴方向的步骤为：d)使机器人(5)沿BASE坐标系(13)的X轴运动，连续测量法兰上的靶标的位置，拟合一条直线即机器人BASE坐标系(13)的X轴方向；使机器人沿BASE坐标系(13)的Y轴运动，连续测量法兰上的靶标的位置，拟合一条直线即机器人BASE坐标系(13)Y轴的方向；e)通过机器人BASE坐标系(13)的X轴和Y轴叉乘，计算出Z＝X×Y，即机器人BASE坐标系(13)Z轴的方向；标定靶标工具坐标系(12)的步骤为：f)激光跟踪仪(6)坐标系转站，使激光跟踪仪坐标系(16)的方向转站后与机器人BASE坐标系(13)的方向一致；g)激光跟踪仪(6)控制机器人(5)以4种不同的姿态使法兰上的靶标达到空间同一点，分别记录机器人(5)的工具中心点在BASE坐标系(13)下的位姿；h)经过旋转矩阵变换，计算法兰上的靶标在TOOL0坐标系中的位置；标定BASE坐标系(13)原点的步骤为：i)根据激光跟踪仪坐标系(16)与世界坐标系(11)的位姿转换关系，将激光跟踪仪测量坐标系(16)转站到世界坐标系(11)下；j)上位机(10)控制机器人(5)回零，激光跟踪仪(6)测量法兰上的靶标在世界坐标系(11)下的位置；k)经过位姿矩阵变换，计算BASE坐标系(13)原点在世界坐标系(11)中的位置；标定TRACK坐标系(14)的步骤为：l)上位机(10)控制机器人(5)沿TRACK坐标系(14)X轴运动一段直线，每隔一段距离激光跟踪仪(6)测量法兰上的靶标在世界坐标系(11)下的位置；m)将测量得到的一组数据进行直线拟合，得到TRACK坐标系(14)X轴在世界坐标系(11)下的姿态作为TRACK坐标系(14)的方向。