一种多机械臂系统坐标系标定及精度补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及复杂多机械臂系统坐标系标定及误差补偿领域，尤其设及利用激光跟 踪仪对配备有大跨度大行程移动平台的多机械臂协作系统进行坐标系标定和精度补偿的 方法。
【背景技术】
[0002] 随着机器人工业的发展W及现代制造工艺的需要，越来越多的大型设备制造厂商 开始将工业机器人技术应用于零部件或装配体外表面喷涂。由于很多喷涂部件外表面形体 巨大，形状复杂，现有的工业机器人根本无法达到表面全覆盖W及灵活性的需求，所W现有 的机器人喷涂系统往往采用多自由度运动平台加上6自由度喷涂机器人的模式。现有标定 方法大多只针对于数控移动平台或机械臂本体，如《多轴数控移动平台几何误差辨识》，《数 控移动平台几何误差测量及误差补偿技术的研究》，《数控移动平台=维空间误差建模及补 偿》，《机器人手眼关系_基坐标系和世界坐标系关系的同时标定》，《基于激光跟踪仪的机 器人误差测量系统标定》，大多数给出的是移动平台自身误差辨识，需要分别测定俯仰、偏 摆、扭转方向的误差，并分别进行补偿，实施起来步骤复杂，工作量大，亦或机器人自身的手 眼标定、坐标系标定，鲜有复合系统坐标系标定和误差补偿的研究；较少给出协作机器人坐 标系标定的研究需要作出若干个"握手"动作或借助较多的外部零件或设备，也不适用于大 空间多机器人的标定，且没有能够一次完成坐标系标定和误差补偿，如《典型安装方式的协 作机器人基坐标系标定方法》，《双机器人系统的基坐标系标定》，《具有协作关系的多机器 人系统的基坐标系标定方法》。同时，亦少有应用于大跨度结构部件的坐标系标定方法与研 究。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对配有多自由度运动平台工业机器人在进行坐标系标定和精 度补偿方面缺乏有效方法的问题，提出一种利用激光跟踪仪对多机械臂系统坐标系标定 及精度补偿方法，从而为提高设备精度，缩短研制周期，创造经济效益提供了有力的技术支 持。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] 一种多机械臂系统坐标系标定及精度补偿方法，每个机械臂系统包括=自由度移 动平台和固定在移动平台上的机械臂，移动平台由数控系统控制，其特征在于，所述方法包 括如下步骤：
[0006] 1)架设激光跟踪仪，在全局范围内为整套系统选取原始测量点并粘贴祀球，原始 测量点随移动平台移动且能够在移动平台全行程内使祀球接受激光跟踪仪光线并反射，利 用激光跟踪仪对原始测量点进行测量，采用=点定义法定义全局坐标系的原点和全局坐标 系的X、Y、Z轴方向，全局坐标系为正交坐标系，全局坐标系的原点定义在粘贴有原始测量 点的移动平台；
[0007] 2)在每台移动平台上另行粘贴祀球，利用激光跟踪仪依次测量所有移动平台的S 个坐标轴的方向，即为局部坐标系坐标轴X、y、Z的方向，局部坐标系原点定义在移动平台 处于零位时祀球处在全局坐标系下的位置，并且计算x、y、z轴与X、Y、Z轴之间的旋转矩阵 ，局部坐标系为非正交坐标系，即实现多机械臂系统移动平台的坐标系标定；
[000引 3)将每台移动平台固定，由数控系统读出移动平台的当前位置Pa。，利用激光跟踪 仪测量计算获得机械臂基坐标系原点0在全局坐标系中的位置IV。及机械臂基坐标系坐标 轴拟合轴线而、Yc、Zc的方向，求得X C、Yc、Zc轴相对于X、Y、Z轴之间的旋转矩阵R At,机械臂 基坐标系为非正交坐标系，即实现多机械臂系统机械臂的坐标系标定；
[0009] 4)将大跨度横梁依据弯曲程度分成若干段，利用激光跟踪仪获得大跨度横梁的各 段轴线X'，y'，Z'的方向W及与X、Y、Z轴之间的旋转矩阵R'Am，用于补偿横梁跨度过大引 起的下垂；
[0010] 5)利用激光跟踪仪对每台移动平台的容易产生定位误差的轴线进行分段测量获 得的数据，采用线性插值补偿公式求得在补偿对应轴线定位误差时需输入的数控指令：
[00川
【主权项】
1. 一种多机械臂系统坐标系标定及精度补偿方法，每个机械臂系统包括=自由度移动 平台和固定在移动平台上的机械臂，移动平台由数控系统控制，其特征在于，所述方法包括 如下步骤： 1) 架设激光跟踪仪，在全局范围内为整套系统选取原始测量点并粘贴祀球，原始测量 点随移动平台移动且能够在移动平台全行程内使祀球接受激光跟踪仪光线并反射，利用激 光跟踪仪对原始测量点进行测量，采用S点定义法定义全局坐标系的原点和全局坐标系的 X、 Y、Z轴方向，全局坐标系为正交坐标系，全局坐标系的原点定义在粘贴有原始测量点的移 动平台； 2) 在每台移动平台的具有S自由度的运动部件上另行粘贴祀球，利用激光跟踪仪依次 测量所有移动平台的S个坐标轴的方向，即为局部坐标系坐标轴X、y、Z的方向，局部坐标 系原点定义在移动平台处于零位时祀球处在全局坐标系下的位置，并且计算x、y、z轴与X、 Y、 Z轴之间的旋转矩阵Ra。，局部坐标系为非正交坐标系，即实现多机械臂系统移动平台的 坐标系标定； 3) 将每台移动平台固定，由数控系统读出移动平台的当前位置Pa。，利用激光跟踪仪测 量计算获得机械臂基坐标系原点0在全局坐标系中的位置IV。及机械臂基坐标系坐标轴拟 合轴线而、Ye、Ze的方向，求得X E、Ye、Ze轴相对于X、Y、Z轴之间的旋转矩阵R Ar，机械臂基坐 标系为非正交坐标系，即实现多机械臂系统机械臂的坐标系标定； 4) 将大跨度横梁依据弯曲程度分成若干段，利用激光跟踪仪获得大跨度横梁的各段轴 线X'，y'，Z'的方向W及与X、Y、Z轴之间的旋转矩阵R'Am，用于补偿横梁跨度过大引起的 下垂； 5) 利用激光跟踪仪对每台移动平台的容易产生定位误差的轴线进行分段测量获得的 数据，采用线性插值补偿公式求得在补偿对应轴线定位误差时需输入的数控指令：
其中，为对应轴线目标位置，Pa"为需输入的数控指 令，PAtd和Pm。为分段测量过程中测得的能够包含住P Ah的对应轴线上相邻两点实际位置， Pa"1、PAmx2为分段测量过程中对应于P Atxl、PAtx2两点的数控指令值； 6) 利用补偿公式IVt= P (Paut-Pa。)，获得不考虑移动平台轴线定位误差时要使机 械臂基坐标系原点到达实际位置IVt需要下达给移动平台数控系统的理论指令值PauT，利用 线性插值补偿公式
，用P"中的定位误差较大轴线坐标PAmTy替 换Pa^，获得该轴线实际需输入移动平台数控系统