技术特征：
1.一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置，其特征在于，所述机器人姿态测量装置包括转接板、xy运动平台、连接板、反射球球座和反射球，其中，所述xy运动平台包括x方向运动轴和y方向运动轴，x方向运动轴和y方向运动轴呈“十”字交叉连接，并且x方向运动轴和y方向运动轴通过连接构件可交互“十”字交叉移动；所述转接板与xy运动平台的y方向运动轴相连，所述反射球球座通过连接板固定在xy运动平台的x方向运动轴上，反射球通过磁力作用吸附在反射球球座上。2.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置，其特征在于，所述xy运动平台的x方向运动轴和y方向运动轴分别与机器人中工具坐标系的x与y方向定义一致。3.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置，其特征在于，所述机器人姿态测量装置通过转接板固定在机器人的末端法兰盘上。4.一种根据权利要求1至3任一所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：s1、建立基座标系：通过控制机器人，依次确定第一z轴、第一原点、第一x轴和第一y轴；s2、获取描述机器人姿态的矩阵：通过移动xy运动平台的x方向运动轴和y方向运动轴，依次确定第二x轴方向矢量和第二y轴方向矢量，再确定第二z轴方向矢量；s3、解算机器人绕第一z轴、第一y轴、第一x轴旋转的角度α、β、γ。5.根据权利要求4所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤s1过程如下：s11、控制机器人回到初始姿态，从机器人的固定基座开始为关节轴进行编号，第一个可动关节轴为关节轴1，控制机器人的关节轴1转动，利用连续测点的方式记录转动过程中的反射球位置，再通过多点拟合圆，确定圆心o1，通过圆心的法线即为第一z轴的方向矢量；s12、确定第一原点，通过记录机器人基座平面不同位置的信息，利用多点拟合平面；s13、然后创建通过圆心o1与该多点拟合平面垂直的直线，该直线即为所求的第一z轴，第一z轴与多点拟合平面的交点o0即为第一原点；s14、控制机器人只沿第一x轴方向移动，利用连续测点的方式记录移动过程中的反射球位置，再通过拟合直线，确定第一x轴；s15、根据第一z轴、第一原点o0和第一x轴，由右手定则确定第一y轴。6.根据权利要求4所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤s2过程如下：s21、从机器人的固定基座开始为关节轴进行编号，i＝1，2，3，
…
，n，末端关节轴为关节轴n，xy运动平台的初始位置定义为机器人的末端法兰盘的中心位置，沿关节轴n的旋转轴z
n
偏移转接板和xy运动平台两者总共的厚度，控制反射球运动到xy运动平台的初始位置；s22、控制反射球分别沿着xy运动平台的x方向运动轴和y方向运动轴移动，并利用激光跟踪仪记录机器人的位置信息，分别得到第二x轴方向矢量和第二y轴方向矢量；s23、由第二x轴方向矢量叉乘第二y轴方向矢量得到第二z轴方向矢量，利用第二x轴方向矢量、第二y轴方向矢量和第二z轴方向矢量在第一x轴方向矢量、第一y轴方向矢量、第一z轴方向矢量的投影，并进行归一化处理，得到描述机器人姿态的矩阵。7.根据权利要求6所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征
在于，所述步骤s23具体如下：假设机器人工具坐标系为o
t
x
t
y
t
z
t
，基座标系为o
s
x
s
y
s
z
s
，利用激光跟踪仪测量得到的机器人基座标系的x、y、z轴方向矢量分别为和测量并计算获得的工具坐标系的x、y、z轴方向矢量分别为x、y、z轴方向矢量分别为和将方向矢量和在测量得到的机器人基坐标系坐标轴的x,y,z方向矢量上进行投影，并进行归一化处理，得到表示机器人姿态的矩阵r，假设用如下矩阵表示机器人的姿态矩阵r：其中，式中的“.”表示向量相乘。8.根据权利要求6所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤s22中反射球在xy运动平台的线性运动过程如下：先让反射球从xy运动平台的初始位置沿xy运动平台的x方向运动轴移动，运动至给定的距离后，记录此时的位置信息，得到第二x轴方向矢量；接下来反射球再沿着xy运动平台的y方向运动轴移动，移动同样的距离后，记录此时的位置信息，得到第二y轴方向矢量，在所有待测量的相应姿态下，重复以上过程。9.根据权利要求7所述的基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤s3过程如下：设机器人绕第一z轴、第一y轴、第一x轴旋转的角度分别为α、β、γ，由姿态矩阵r经过下式计算得到α、β、γ的值：
技术总结
本发明公开了一种基于激光跟踪仪的机器人姿态测量装置及方法，该机器人姿态测量装置包括转接板、XY运动平台、连接板、反射球球座和反射球，测量方法包括以下步骤：建立基座标系：通过控制机器人，依次确定第一Z轴、第一原点、第一X轴和第一Y轴；获取描述机器人姿态的矩阵：通过移动XY运动平台的X方向运动轴和Y方向运动轴，依次确定第二X轴方向矢量和第二Y轴方向矢量，再确定第二Z轴方向矢量；解算机器人绕第一Z轴、第一Y轴、第一X轴旋转的角度αβ、γ。本发明通过测量装置而不是通过机器人来控制反射球移动，建立了机器人的末端工具坐标系，实现基于跟踪仪的机器人姿态测量，提高机器人的标定精度。的标定精度。的标定精度。
技术研发人员：何振亚 郑红英 袁浩伦 张宪民 黄健洋 钱佳珂
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/3/28