一种六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置及方法与流程

技术特征：

1.一种六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置，其特征在于，该装置包括经度条(1)、上联结板(2)、下联结板(3)、光路发送管(4)和光路接收管(5)，其中：

所述经度条(1)的两端分别与所述上联结板(2)和下联结板(3)相连，该经度条(1)两两组成一对，每对经度条(1)通过上联结板(2)和下联结板(3)连接成一个完整的圆环；所述经度条(1)上半部的30°、45°和60°纬度处分别设有一开设有第一中心孔的圆凸台，该第一中心孔由上半部分的锥孔和下半部分的圆柱孔组合而成，该锥孔和圆柱孔的轴线重合；所述经度条(1)下半部的30°、45°和60°纬度处同样分别设有一开设有第二中心孔的圆凸台，该第二中心孔为圆柱孔；

所述上联结板(2)的侧面设有安装所述经度条(1)的凹槽，并且其中部为开设有第三中心孔的圆凸台，该第三中心孔由上半部分的锥孔和下半部分的圆柱孔组合而成，该锥孔和圆柱孔的轴线重合；所述下联结板(3)的侧面同样设有安装所述经度条(1)的凹槽，并且其中部为开设有第四中心孔的圆凸台，该第四中心孔为圆柱孔；

所述光路发送管(4)为圆柱形结构，其一端设计成锥形，该锥形的一端正好与所述第一中心孔的锥孔相配合，并且该端的内部开设有与所述第一中心孔的圆柱孔尺寸相同的孔，所述光路发送管(4)的另一端开设有圆柱孔，该圆柱孔内安装有激光发射头(6)；

所述光路接收管(5)为管状结构，其内设置有大小不一的两个轴线重合的圆柱孔，其中尺寸较小的圆柱孔的直径与所述第二中心孔的直径相同，尺寸较大的圆柱孔内安装有激光接收头(7)。

2.如权利要求1所述的六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置，其特征在于，所述标定装置优选设置有两对经度条(1)，并且该两对经度条(1)组成的两个圆环彼此垂直。

3.如权利要求2所述的六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置，其特征在于，所述上联结板(2)和下联结板(3)上均设置有四个互成90°的用于安装所述经度条(1)的矩形凹槽。

4.如权利要求3所述的六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置，其特征在于，所述经度条(1)的两端设计成一水平平台，便于与上、下联结板定位连接，所述经度条(1)中部偏下位置设置一延伸的耳部结构，以便于标定装置的固定，所述经度条(1)中部的内侧设置有加强筋，以加强经度条的刚性。

5.如权利要求4所述的六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置，其特征在于，所述第一中心孔的锥孔的底面与一对经度条组成的圆环的外环直径相切；所述第一中心孔的圆柱孔的直径小于第一中心孔的锥孔底部的直径。

6.如权利要求5所述的六自由度工业机器人末端工具坐标系标定装置，其特征在于，所述光路接收管(5)的一端为圆盘状结构，该圆盘状结构的直径与所述经度条下半部的圆凸台的直径相同，其上间隔均布有将所述光路接收管定位并固定在经度条下部分的圆凸台上的六个螺钉孔。

7.一种六自由度工业机器人末端工具坐标系标定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)将权利要求1-6任一项所述的标定装置固定在机器人工作空间的工作台上，调整机器人的位置和姿态，使光路发送管(4)的锥形端插入上联结板(2)的锥孔中；

(2)微调机器人的姿态，使光路发送管(4)中激光发射头(6)发出的激光通过下联结板(3)上的光路接收管(5)，并被光路接收管末端的激光接收头(7)接收，记下此时机器人的位姿

(3)调整机器人的位置和姿态，使光路发送管(4)拔出上联结板(2)的锥孔，并位于锥孔的正上方，光路接收管末端的激光接收头(7)接收光路发送管(4)中激光发射头(6)发出的激光，记下此时机器人的位姿

(4)调整机器人沿着机器人基座标系的Y轴方向运动一段距离，记下此时机器人的位姿

(5)调整机器人的位置和姿态，使光路发送管(4)插入经度条(1)的三个圆凸台的锥孔中，并保证光路接收管末端的激光接收头(7)能接收到光路发送管(4)中激光发射头(6)发出的激光，分别记下此时机器人的位姿和

(6)通过采集的上述六个数据，计算获得新建工具坐标系相对于法兰中心坐标系的位姿偏移，以此完成工具坐标系的标定。

8.如权利要求7所述的六自由度工业机器人末端工具坐标系标定方法，其特征在于，所述步骤(6)包括如下子步骤：

(6.1)根据采集到的所述六个数据转换得到对应的齐次坐标矩阵

(6.2)从各个所述齐次坐标矩阵中提取前三行的前三列，得到对应的旋转矩阵提取各个所述齐次坐标变换矩阵第四列的前三个得到对应的位置偏移向量^BP_EO1、^BP_EO2、^BP_EO3、^BP_EO4、^BP_EO5、^BP_EO6；

(6.3)根据所述步骤(6.2)中的结果计算获得虚拟新建工具坐标系相对于法兰中心坐标系的偏移向量^EP_VTO；然后计算获得虚拟新建工具坐标系Z轴在法兰中心坐标系下的方向向量并初次计算虚拟新建工具坐标系X轴在法兰中心坐标系下的方向向量

(6.4)根据所述和采用矢量积的方法计算获得虚拟新建工具坐标系Y轴在法兰中心坐标系下的方向向量然后再次计算获得虚拟新建工具坐标系X轴在法兰中心坐标系下的方向向量

(6.5)根据所述^EP_VTO和所述采用下式计算实际新建工具坐标系相对于法兰中心坐标系的偏移向量^EP_TO：

${{}^{E}P}_{TO}={{}^{E}P}_{VTO}+R\·{}_T{}^{E}a;$

其中，R为补偿半径，其等于标定装置的一对经度条组成的圆环的外圆半径；

(6.6)根据所述和^EP_TO采用下式获得

${}_T{}^{E}T=\left[\begin{array}{cccc}{}_T{}^{E}n& {}_T{}^{E}o& {}_T{}^{E}a& {{}^{E}P}_{TO}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right];$

(6.7)通过齐次坐标矩阵到欧拉角的反解得到实际新建工具坐标系相对于法兰中心坐标系的位姿偏移。