专利名称：机器人定位误差测量方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人定位误差测量方法。
背景技术：
工业机器人重复定位精度很高，但绝对定位精度很差。为了提高机器人的性能及拓展工业机器人的应用范围，需要对机器人运动学模型的参数进行标定来降低它的绝对定位误差。机器人标定一般分4个步骤进行建模、测量、辨识与补偿。机器人工作空间内采样点对应的绝对定位误差的测量是机器人结构参数标定的前提，测量数据的有效性决定了能否正确实现机器人参数的标定。机器人绝对定位误差测量过程一般包含测量工具的设计与选择、测量数据的坐标统一、测量数据的样本选择等问题。“测量工具”的精度决定了定位误差的测量精度；“测量数据的坐标统一”是通过对测量靶标中心在机器人末端的位置(工具坐标系)及机器人基坐标系与测量设备坐标系之间的转换矩阵(基坐标系)进行标定，将直接从机器人中获取的末端法兰盘中心测量数据与测量设备测得的靶标中心的数据统一到一个坐标系下，从而获得采样点的定位误差；“测量数据的样本”选择的有效性很大程度上决定了机器人结构参数标定的效率与精度，根据需要采集的数据越充分越有利于标定过程，但假设机器人6个关节每个关节取5个关节角组合测量，就需要测量15625次，实际数据采集过程是不可能实现的。因此对这些问题的研究，不仅可以测量出有效的定位误差数据，而且对于工业机器人运动学模型参数的正确标定有重要的意义。
发明内容
为了有效标定出工业机器人的模型参数，需要设计工程化的有效测量方案并解决其中涉及到的相关问题，来实现机器人定位误差的有效测量。 本发明采用FARO ARM作为机器人定位误差测量系统中的测量工具，建立了基于FARO ARM的机器人定位误差测量系统数学模型；提出了测量系统中涉及到的相关坐标系的标定方法及样本数据采样方法，解决了工业机器人定位误差测量过程的关键问题；最后建立了实际机器人定位误差测量系统，测得了 ABB1410型机器人在其样本空间内的定位误差，为工业机器人定位误差的补偿打下了基础。为此，本发明提供了一种测量机器人定位误差的方法，其包括如下步骤提供测量设备并设定被测基准点P ；在测量设备的坐标系下，测量所述被测基准点P的实际位置；通过坐标转换，将所述被测基准点P在机器人的法兰盘坐标系下的位置转换为在所述测量设备的坐标系下的计算位置；计算所述实际位置和所述计算位置的差值，以得到定位误差。
为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中
图I示意性地示出了根据本发明实施方式的工业机器人定位误差测量系统；图2示意性地示出了基坐标系定测量点分布图；图3示意性地示出了样本子空间中心点分布图；图4不意性地不出了第16个样本子空间内测量点分布图；图5示意性地示出了第16个测量子空间内测量点的定位误差图(/mm)。
具体实施例方式基于FARO ARM的工业机器人定位误差测暈系统如图I所示，工业机器人定位误差测量系统由FARO ARM、测量靶标及工业机器人组成。图中P表示待测量的靶标中心，Base为机器人基坐标系，ToolO为机器人法兰盘坐标系，Measure 为 FARO ARM 坐标系。在此工业机器人定位误差测量系统中，FARO ARM可以直接测量出靶标中心P在Measure坐标系下的坐标，同时机器人本身也可以作为测量装置获得被机器人抓着的靶标中心P在机器人Base坐标系下的坐标，两者进行坐标变换便可以统一到同一个坐标系下，进而进行比较获得工业机器人在其工作空间内各个测量点的位置误差。因此工业机器人的定位误差测量系统的测量过程数学模型可表示如下AP = Pm-bTmtoTbPto(I)其中AP :为工业机器人测量点P的位置误差；Pm :为测量点P在Measure坐标系下的坐标(由测量设备直接读取)；bTm :为机器人Base坐标系与Measure坐标系下的转换矩阵(未知量)；tciTb :为工业机器人ToolO坐标系在机器人Base坐标系下的转换矩阵(可通过机器人示教器直接读取)；Pto :为P点为ToolO坐标系下的坐标(未知量)。采用机器人D-H方法建立的连杆坐标系，在运动学分析时，其相邻连杆间坐标系转换矩阵表示如
权利要求
1.一种测量机器人定位误差的方法，其包括如下步骤 提供测量设备并设定被测基准点P; 在测量设备的坐标系下，测量所述被测基准点P的实际位置； 通过坐标转换，将所述被测基准点P在机器人的法兰盘坐标系下的位置转换为在所述测量设备的坐标系下的计算位置； 计算所述实际位置和所述计算位置的差值，以得到定位误差。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述坐标转换包括将所述被测基准点P在机器人的法兰盘坐标系下的位置转换为在机器人的基坐标系下的位置，以及将所述被测基准点在所述机器人的基坐标系下的位置转换为在所述测量设备的坐标系下的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述坐标转换的数学模型为AP=Pm-bTmtqTbPtq,其中 AP :为所述被测基准点的位置误差； Pm :为所述被测基准点在所述测量设备的坐标系下的坐标； bTm :为所述机器人的基坐标系与所述测量设备的坐标系之间的转换矩阵； tciTb :为所述机器人的法兰盘坐标系与所述机器人的基坐标系之间的转换矩阵； Ptci :为所述被测基准点在所述机器人的法兰盘坐标系下的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述机器人的工具坐标系的标定是根据 在所述机器人上取两个选定位置，将所述两个选定位置分别在所述机器人的法兰盘坐标系下的坐标以AP' = T°TmBPTO-T°TnBPT(l转算为机器人的基坐标系下的坐标来计算在所述机器人的基坐标系下的坐标偏差； 将所述两个选定位置以AP% = PmM-Pns^f算在所述测量设备的坐标系下的坐标偏差；以及 以I I AP'I |2 = I I AP-J |2来计算所述被测基准点在所述机器人的法兰盘坐标系下的坐标；其中 APmne :为所述两个选定位置在所述机器人的基坐标系下的坐标偏差；toTdib :为所述两个选定位置中的位置m由所述机器人的法兰盘坐标系转换为所述机器人的基坐标系的转换矩阵； 10TnB :为所述两个选定位置中的位置n由所述机器人的法兰盘坐标系转换为所述机器人的基坐标系的转换矩阵； APmnM :为所述两个选定位置m，n在所述测量设备的坐标系下的坐标偏差； Pm :为所述两个选定位置中的位置m在所述测量设备的坐标系下的坐标； Pn :为所述两个选定位置中的位置n在所述测量设备的坐标系下的坐标。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述机器人的基坐标系与所述测量 设备的坐标系之间的转换矩阵bTm通过公式
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤 以所述机器人的转动关节作为因素，并对应所述机器人的转动关节的特定空间位姿选取预定的数目作为水平数制作第一正交实验表，将所述机器人的工作空间划分为多个样本子空间； 在所述多个样本子空间内，以所述机器人的转动关节作为因素，并对应所述机器人的转动关节的转动角度选取预定的数目作为水平数制作第二正交实验表； 在所述多个样本子空间内选取子空间进行数据采集； 以最小二乘法求解公式及
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 将采集的数据通过公式
全文摘要
一种测量机器人定位误差的方法，其包括如下步骤提供测量设备并设定被测基准点P；在测量设备的坐标系下，测量所述被测基准点P的实际位置；通过坐标转换，将所述被测基准点P在机器人的法兰盘坐标系下的位置转换为在所述测量设备的坐标系下的计算位置；计算所述实际位置和所述计算位置的差值，以得到定位误差。
文档编号G01B21/00GK102679925SQ20121016567
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者余蕾斌, 方伟, 沈立恒, 薛雷 申请人:上海飞机制造有限公司