本发明涉及一种位置标定方法，尤其是一种点激光传感器与机器人相对位置的标定方法。
背景技术：
激光传感器是一种利用激光测距原理进行距离测量的传感器，作为一种新型的距离测量仪器，其具有测量精度高，速度快，可无接触式测量等优点，可用于三维测量、逆向工程、机器人加工等领域。由于点激光传感器只能获取激光线测量处的有限长度信息，为实现整体测量，还必须借助其他高精度测量平台，从而组成测量系统，进行物体的整体测量。多轴式工业机器人具有位置精度高、操作简单等优点使其成为点激光传感器的理想搭载平台，它与点激光传感器构成测量系统，可以有效提高激光器的测量范围。由于安装等原因，机器人与点激光传感器的位置关系是未知的，为了实现精确测量，在测量前需要对机器人与点激光传感器位置关系进行准确标定。
目前常用的标定方法有定点法、平面模板法以及球面模板法。其中的定点法虽然算法最简单、操作最简便，但是由于难以精确控制激光线多次经过空间同一定点(目前主要依靠人眼判定)，标定误差较大(约0.5mm)，导致很少被采用。
psd：位置敏感器件(positionsensitivedetector)。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于psd反馈的点激光传感器与机器人相对位置的标定方法，该方法通过psd的位置反馈来精确控制点激光传感器的激光线经过空间同一定点，采用点激光传感器的定点标定法，构造多组方程解算出点激光传感器与机器人的相对位置关系，从而实现点激光传感器的快速、高精度标定。
该方法具体包括：
点激光传感器安装在机器人机械臂末端的法兰上；机器人基坐标系o1，机器人机械臂末端坐标系o2；
设点激光传感器原点在机器人机械臂末端坐标系下的坐标为x0＝[x0y0z0]t，点激光传感器射向固定的测量点的激光线方向在机器人机械臂末端坐标系下的方向向量为n＝[nxnynz]t，点激光传感器与测量点间的距离为l，机器人当前姿态为r，t，则测量点在机器人机械臂末端坐标系下的坐标xt为:
xt＝x0+nl(1)
r表示机器人机械臂末端坐标系o2相对于机器人基坐标系o1的旋转；t表示机器人机械臂末端坐标系o2相对于机器人基坐标系o1的平移；
则测量点在机器人基坐标系下的坐标为：
xbi＝ri(x0+nli)+ti(2)
xbi表示第i次测量时，测量点在机器人基坐标系下的坐标；li表示第i次测量时，点激光传感器与测量点间的距离；第i次测量时机器人的姿态为ri，ti；
当点激光传感器每次射向同一个测量点时，由于测量点在机器人基坐标系下的坐标不变，即
xbi＝xb(i+1)(3)
xb(i+1)表示第i+1次测量时，测量点在机器人基坐标系下的坐标；上式(3)即：
ri(x0+nli)+ti＝ri+1(x0+nli+1)+ti+1(4)
li+1表示第i+1次测量时，点激光传感器与测量点间的距离；第i+1次测量时机器人的姿态为ri+1，ti+1；
保持机器人姿态中的r不变，让机器人机械臂带动点激光传感器器沿着点激光传感器射向测量点的激光线方向平动使得激光始终打在同一个测量点上，上式(4)变为：
r0nli+ti＝r0nli+1+ti+1(5)
r0表示第i次和第i+1次测量中机器人姿态中不改变的r；
其中r0,ti+1,ti从机器人控制器中直接读取，li,li+1从点激光传感器直接获得；
当沿着点激光传感器射向固定的测量点的激光线方向，点激光传感器在两个位置进行测量时，通过上式(6)求解得到n；
在已知n的基础上，改变机器人姿态r，t，使得多次测量时激光打在同一测量点上，则：
(ri-ri+1)x0＝ri+1nli+1-rinli+ti+1-ti(7)
当有两组以上机器人姿态时，通过上式(7)得到线性方程组，求解线性方程组得到x0。
本发明的优点在于：
1)提出了点激光传感器与机器人相对位置的标定算法，解决了机器人搭载点激光传感器的手眼标定问题；
2)采用psd的位置反馈来精确控制点激光传感器的激光线经过空间同一定点，大大提高了标定精度；
3)该标定方法操作简单、实施方便、精度高。
附图说明
图1为本发明的实施原理图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，点激光传感器安装在机器人机械臂末端的法兰上；机器人基坐标系o1，机器人机械臂末端坐标系o2；
设点激光传感器原点在机器人机械臂末端坐标系下的坐标为x0＝[x0y0z0]t，点激光传感器射向固定的测量点的激光线方向在机器人机械臂末端坐标系下的方向向量为n＝[nxnynz]t，点激光传感器与测量点间的距离为l，机器人当前姿态为r，t，则测量点在机器人机械臂末端坐标系下的坐标xt为:
xt＝x0+nl(1)
r表示机器人机械臂末端坐标系o2相对于机器人基坐标系o1的旋转，其为3x3矩阵；t表示机器人机械臂末端坐标系o2相对于机器人基坐标系o1的平移，为3x1矩阵(列向量)；
则测量点在机器人基坐标系下的坐标为：
xbi＝ri(x0+nli)+ti(2)
xbi表示第i次测量时，测量点在机器人基坐标系下的坐标；li表示第i次测量时，点激光传感器与测量点间的距离；第i次测量时机器人的姿态为ri，ti；
当点激光传感器每次射向同一个测量点时，由于测量点在机器人基坐标系下的坐标不变，即
xbi＝xb(i+1)(3)
xb(i+1)表示第i+1次测量时，测量点在机器人基坐标系下的坐标；上式(3)即：
ri(x0+nli)+ti＝ri+1(x0+nli+1)+ti+1(4)
li+1表示第i+1次测量时，点激光传感器与测量点间的距离；第i+1次测量时机器人的姿态为ri+1，ti+1；
保持机器人姿态中的r不变，让机器人机械臂带动点激光传感器器沿着点激光传感器射向测量点的激光线方向平动使得激光始终打在同一个测量点上，上式(4)变为：
r0nli+ti＝r0nli+1+ti+1(5)
r0表示第i次和第i+1次测量中机器人姿态中不改变的r；
其中r0,ti+1,ti可从机器人控制器中直接读取，li,li+1可从点激光传感器直接获得；
当沿着点激光传感器射向固定的测量点的激光线方向(即n方向)，点激光传感器在两个位置进行测量时，就可通过上式(6)求解得到n；
在已知n的基础上，改变机器人姿态r，t，点激光传感器器的位置和姿态均改变，使得多次测量时激光打在同一测量点上，则：
(ri-ri+1)x0＝ri+1nli+1-rinli+ti+1-ti(7)
当有两组以上机器人姿态时，通过上式(7)得到线性方程组，求解线性方程组得到x0。至此，点激光传感器与机器人的相对位置关系标定完毕。
以下为实际的操作过程：
1、psd位置传感器与机器人基座相对静止，机器人的机械臂末端夹持一个点激光传感器，机器臂运动使激光照射在psd某一点p；
2、从机器人控制器中读取机器人姿态的r和t，同时从psd位置传感器中读取点p的位置坐标，从点激光传感器读取距离l；
3、保持机器人姿态的r不变，沿机器人机械臂末端坐标系的z向(即上述点激光传感器射向固定的测量点p的激光线方向)移动机器人一段距离，控制机器臂末端平动，通过psd的位置反馈使点激光传感器再次照射于p点，从机器人控制器中读取机器人的t，从点激光传感器读取距离l；
4、重复步骤3一次或以上；
5、计算点激光传感器激光线的方向向量n；
6、改变机器人姿态r、t，通过psd的位置反馈使激光传感器器再次照射于p点，从机器人控制器中读取机器人的r、t，从点激光传感器读取距离l；
7、重复步骤6一次或以上；
8、计算点激光传感器器的原点x0。
所述步骤3和6可执行多次以提高精度。