一种工业机器人基座坐标测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种工业机器人基座坐标测量方法，包括以下步骤：设定机器人基座坐标系为OBXBYBZB,机器人末端法兰盘坐标系为OTXTYTZT,激光跟踪仪自带的测量坐标系为OMXMYMZM；在机器人末端法兰中心安装靶球，并保证其在机器人运动过程中位置不会发生偏移，控制机器人其他轴不动，只旋转第一轴，连续旋转的若干点位数据拟合得到一个圆，此圆的法向量即为基座坐标系的Z轴方向；将靶球置于机器人基座平面上多处位置，测量多点并通过数据拟合得到机器人基座平面方程，步骤中拟合所得的法向量与基平面相交的点即为基座坐标系原点OB,并以此可得坐标轴ZB；控制机器人二轴单轴运动，将靶球放置于二轴某固定处，连续旋转若干点位，用所记录的点数据拟合一个平面，此平面在基平面的投影即为坐标轴XB；通过右手定则：ZB＝XB×YB得到坐标轴YB。
【专利说明】
一种工业机器人基座坐标测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于工业机器人性能测试和机器人标定技术领域，涉及一种工业机器人基 座坐标测量方法。
【背景技术】
[0002] 在工业机器人性能测试和标定中往往需要对机器人末端的位置准确度进行测量： 位置准确度是指指令位姿的位置与实际测得位置集群中心之差。因此必须得到相应点的实 际测量值，这需要将测量坐标系与机器人基座坐标系进行统一。机器人的基座坐标系无法 直接经过测量得到，只有通过间接的测量方法获得。
[0003] 目前尚未发现有关机器人基坐标的测量方法论述或专利，因此进行有关机器人基 坐标的测量方法的研究显得尤为重要。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工业机器人基座坐标测量方法，用于获得 准确的工业机器人的基坐标，确保机器人末端运动位置准确度的测量和机器人标定。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种工业机器人基座坐标测量方法，该方法包括以下步骤：
[0007] S1:设定机器人基座坐标系为ObXbYbZb，机器人末端法兰盘坐标系为OtXtYtZt，激光 跟踪仪自带的测量坐标系为OmXmYmZm ;
[0008] S2:机器人各关节处于零位时，在机器人末端法兰中心安装靶球，并保证其在机器 人运动过程中位置不会发生偏移；
[0009] S3:控制机器人其他轴不动，只旋转第一轴，连续旋转的若干点位数据拟合得到一 个圆，此圆的法向量即为基座坐标系的Z轴方向；
[0010] S4:将靶球置于机器人基座平面上多处位置，测量多点并通过数据拟合得到机器 人基座平面方程，步骤S3中拟合所得的法向量与基平面相交的点即为基座坐标系原点0B， 并以此可得坐标轴ZB;
[0011] S5:控制机器人二轴单轴运动，将靶球放置于二轴某固定处，连续旋转若干点位， 用所记录的点数据拟合一个平面，此平面在基平面的投影即为坐标轴XB;
[0012 ] S6:通过右手定则：ZB=XB X YB得到坐标轴YB。
[0013] 进一步，在步骤S3中，控制机器人其他轴不动，仅一轴相对零位进行转动，左右各 分别旋转30度。
[0014] 进一步，在步骤S4中，测量多点的数量不少于10个点。
[0015] 进一步，在步骤S5中，控制机器人二轴单轴运动，将靶球放置于二轴某固定处，同 上每转动5度记录一点。
[0016] 本发明的有益效果在于：通过本发明提供的方法获得准确的工业机器人的基坐 标，确保机器人末端运动位置准确度的测量和机器人标定，具有很好的应用前景。
【附图说明】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0018] 图1为本发明测试方法的测试模型图；
[0019] 图2为本发明具体实施例的原理图。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0021] 图1为本发明测试方法的测试模型图，整个机器人各关节处于零点的初始模式。根 据工业机器人技术指标得知，机器人的基座坐标系位于机器人底座与底面接触处。设定机 器人基座坐标系为ObXbYbZb，机器人末端法兰盘坐标系为OtXtYtZt，激光跟踪仪自带的测量坐 标系为OmXmYmZm。在进行机器人性能测试之前要准确找到机器人基座坐标系的位置，并计算 出激光跟踪仪测试坐标系与基座坐标系的数学转换关系。
[0022] 当机器人各关节处于零位时，在机器人末端法兰中心安装革E1球，只旋转第一轴连 续旋转的若干点位数据拟合得到一个圆，转动机器人末端采集一系列数据，得到一个小圆。 图2中大圆为仅旋转1轴所拟合得到的圆，小圆为单旋转6轴拟合得到的圆，两圆弧相交(两 圆皆为靶球所行走的轨迹）。设工具坐标系原点0T0距离ZB0的水平距离为XI，靶球安置点与 末端工具坐标系原点偏移量为AP(A x，Ay，Az)。
[0023] 则易得
[0024] A y = 0xPi ? nYB
[0025] A z = 0xPi ? nzB
[0026]其中：nYB为基座标y方向的方向向量;nZB为基座标z方向的方向向量;R1为大圆半 径;0X-P1为小圆半径，用作靶球坐标位置标定圆，求取与法兰工具坐标中心的偏差。
[0027]至此可得靶球在机器人基座坐标系下的准确位置。
[0028]图2为本发明具体实施例的原理图，在本实施例中，本方法包括以下步骤：
[0029] 第一步:在分别将机器人与激光跟踪仪的位置确定后，将靶球安装于机器人的末 端法兰盘，并保证其在机器人运动过程中位置不会发生偏移；
[0030] 第二步：控制机器人其他轴不动，仅一轴相对零位进行转动，左右各分别旋转30 度。通过连续采集多点数据，将所采集的点的位置进行数据拟合得到一个圆，则此圆的法向 量即为基座坐标系的Z轴方向。
[0031] 第三步:将靶球置于机器人基座平面上多处位置，测量多点（不少于10个点）并通 过数据拟合得到机器人基座平面方程，上一步拟合所得的法向量与基平面相交的点即为基 座坐标系原点0B，并以此可得坐标轴ZB。
[0032]第四步:控制机器人二轴单轴运动，将靶球放置于二轴某固定处，同上每转动5度 记录一点，用所记录的点拟合一个平面，此平面在基平面的投影即为坐标轴XB。
[0033] 第五步:通过右手定则:ZB=XB X YB得到坐标轴YB。
[0034]通过以上步骤得到机器人基座坐标系的位置，通过坐标转换使得其与检测坐标系 统一。通过激光跟踪仪对机器人进行位置检测实质上是通过检测反射靶球球心位置，因此 与基座坐标系类似，需要对靶球位置进行标定，测得靶球位置与机器人示教器所显示的末 端位置进行标定，最终将激光跟踪仪测得的数据与机器人示教器显示位置进行比对，得到 机器人的位置准确度。
[0035]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种工业机器人基座坐标测量方法，其特征在于:该方法包括以下步骤： S1:设定机器人基座坐标系为ObXbYbZb，机器人末端法兰盘坐标系为ΟτΧτΥτΖτ，激光跟踪 仪自带的测量坐标系为ΟμΧμΥμΖμ ; S2:机器人各关节处于零位时，在机器人末端法兰中心安装靶球，并保证其在机器人运 动过程中位置不会发生偏移； S3:控制机器人其他轴不动，只旋转第一轴，连续旋转的若干点位数据拟合得到一个 圆，此圆的法向量即为基座坐标系的Ζ轴方向； S4:将靶球置于机器人基座平面上多处位置，测量多点并通过数据拟合得到机器人基 座平面方程，步骤S3中拟合所得的法向量与基平面相交的点即为基座坐标系原点0Β，并以 此可得坐标轴ΖΒ; S5:控制机器人二轴单轴运动，将靶球放置于二轴某固定处，连续旋转若干点位，用所 记录的点数据拟合一个平面，此平面在基平面的投影即为坐标轴ΧΒ; S6:通过右手定则:ZB = ΧΒ X ΥΒ得到坐标轴ΥΒ。2. 根据权利要求1所述的一种工业机器人基座坐标测量方法，其特征在于：在步骤S3 中，控制机器人其他轴不动，仅一轴相对零位进行转动，左右各分别旋转30度。3. 根据权利要求1所述的一种工业机器人基座坐标测量方法，其特征在于：在步骤S4 中，测量多点的数量不少于10个点。4. 根据权利要求1所述的一种工业机器人基座坐标测量方法，其特征在于：在步骤S5 中，控制机器人二轴单轴运动，将靶球放置于二轴某固定处，同上每转动5度记录一点。
【文档编号】B25J19/00GK106052555SQ201610405260
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】徐泽宇, 石明全, 王晓东, 冯少江
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院