本發(fā)明屬于機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定裝置及方法。
背景技術(shù)：
：工業(yè)機(jī)器人是通過末端安裝不同的工具完成各種作業(yè)任務(wù)的，工具坐標(biāo)系的準(zhǔn)確度直接影響機(jī)器人的軌跡精度。尤其對于將工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用于銑削、鉆孔、打磨等機(jī)械加工場合，對機(jī)器人末端的軌跡精度要求就非常高，因此，在使用之前通常需要標(biāo)定機(jī)器人的工具坐標(biāo)系。標(biāo)定機(jī)器人的工具坐標(biāo)系，一般是指測量法蘭末端裝配的工具的末端點相對于法蘭中心點坐標(biāo)系的偏移。傳統(tǒng)的六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定是目前生產(chǎn)現(xiàn)場普遍采用的，如圖1所示，在工作臺上放置具有尖端的標(biāo)定工具1，機(jī)器人夾持著同樣具有尖端的工具2，調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)，工具2的尖端對準(zhǔn)工具1的尖端并使兩個尖端幾乎處于接觸的狀態(tài)(實際上不可能做到)，記錄此時機(jī)器人法蘭中心點的位置和姿態(tài)坐標(biāo)此處定義的位姿坐標(biāo)是一個六維的向量，其中x,y,z表示位置分量，A,B,C表示姿態(tài)分量；然后調(diào)整機(jī)器人以另外三種不同的姿態(tài)使得工具2的尖端指向并接觸工具1的尖端，記錄下最后通過工具坐標(biāo)系的四點標(biāo)定算法，計算出此時工具末端相對于法蘭末端坐標(biāo)系的偏移量，通過此偏移量即可確定裝配在法蘭上的工具相對于機(jī)器人基座標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的標(biāo)定方法對操作人員的要求比較高，需要操作員嫻熟地調(diào)整機(jī)器人的位姿，還要時刻地觀察兩個尖端的對正的接觸狀況，同時標(biāo)定過程中工具2的尖端要指向并盡可能地保持接觸到工具1的尖端，實際很難做到。因此，需設(shè)計一種能夠不完全取決于操作員肉眼判斷的六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定工具，以提高工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定裝置及方法，其通過設(shè)置可形成圓環(huán)的經(jīng)度條對，以形成標(biāo)定所需的光路，可實現(xiàn)4點及以上(最多13個點)的工具坐標(biāo)系標(biāo)定，解決現(xiàn)有標(biāo)定裝置標(biāo)定結(jié)果過分依賴于操作員的熟練程度和肉眼觀察的限制，提高工具坐標(biāo)系的標(biāo)定精度。為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定裝置，該裝置包括經(jīng)度條、上聯(lián)結(jié)板、下聯(lián)結(jié)板、光路發(fā)送管和光路接收管，其中：所述經(jīng)度條的兩端分別與所述上聯(lián)結(jié)板和下聯(lián)結(jié)板相連，該經(jīng)度條兩兩組成一對，每對經(jīng)度條通過上聯(lián)結(jié)板和下聯(lián)結(jié)板連接成一個完整的圓環(huán)；所述經(jīng)度條上半部的30°、45°和60°緯度處分別設(shè)有一開設(shè)有第一中心孔的圓凸臺，該第一中心孔由上半部分的錐孔和下半部分的圓柱孔組合而成，該錐孔和圓柱孔的軸線重合；所述經(jīng)度條下半部的30°、45°和60°緯度處同樣分別設(shè)有一開設(shè)有第二中心孔的圓凸臺，該第二中心孔為圓柱孔；所述上聯(lián)結(jié)板的側(cè)面設(shè)有安裝所述經(jīng)度條的凹槽，并且其中部為開設(shè)有第三中心孔的圓凸臺，該第三中心孔由上半部分的錐孔和下半部分的圓柱孔組合而成，該錐孔和圓柱孔的軸線重合；所述下聯(lián)結(jié)板的側(cè)面同樣設(shè)有安裝所述經(jīng)度條的凹槽，并且其中部為開設(shè)有第四中心孔的圓凸臺，該第四中心孔為圓柱孔；所述光路發(fā)送管為圓柱形結(jié)構(gòu)，其一端設(shè)計成錐形，該錐形的一端正好與所述第一中心孔的錐孔相配合，并且該端的內(nèi)部開設(shè)有與所述第一中心孔的圓柱孔尺寸相同的孔，所述光路發(fā)送管的另一端開設(shè)有圓柱孔，該圓柱孔內(nèi)安裝有激光發(fā)射頭；所述光路接收管為管狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有大小不一的兩個軸線重合的圓柱孔，其中尺寸較小的圓柱孔的直徑與所述第二中心孔的直徑相同，尺寸較大的圓柱孔內(nèi)安裝有激光接收頭。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述標(biāo)定裝置優(yōu)選設(shè)置有兩對經(jīng)度條，并且該兩對經(jīng)度條組成的兩個圓環(huán)彼此垂直。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述上聯(lián)結(jié)板和下聯(lián)結(jié)板上均設(shè)置有四個互成90°的用于安裝所述經(jīng)度條的矩形凹槽。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述經(jīng)度條的兩端設(shè)計成一水平平臺，便于與上、下聯(lián)結(jié)板定位連接，所述經(jīng)度條中部偏下位置設(shè)置一延伸的耳部結(jié)構(gòu)，以便于標(biāo)定裝置的固定，所述經(jīng)度條中部的內(nèi)側(cè)設(shè)置有加強(qiáng)筋，以加強(qiáng)經(jīng)度條的剛性。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一中心孔的錐孔的底面與一對經(jīng)度條組成的圓環(huán)的外環(huán)直徑相切；所述第一中心孔的圓柱孔的直徑小于第一中心孔的錐孔底部的直徑。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光路接收管的一端為圓盤狀結(jié)構(gòu)，該圓盤狀結(jié)構(gòu)的直徑與所述經(jīng)度條下半部的圓凸臺的直徑相同，其上間隔均布有將所述光路接收管定位并固定在經(jīng)度條下部分的圓凸臺上的六個螺釘孔。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定方法，該方法包括如下步驟：(1)將權(quán)利要求1-6任一項所述的標(biāo)定裝置固定在機(jī)器人工作空間的工作臺上，調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)，使光路發(fā)送管的錐形端插入上聯(lián)結(jié)板(2)的錐孔中；(2)微調(diào)機(jī)器人的姿態(tài)，使光路發(fā)送管(4)中激光發(fā)射頭(6)發(fā)出的激光通過下聯(lián)結(jié)板(3)上的光路接收管(5)，并被光路接收管末端的激光接收頭(7)接收，記下此時機(jī)器人的位姿(3)調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)，使光路發(fā)送管(4)拔出上聯(lián)結(jié)板(2)的錐孔，并位于錐孔的正上方，光路接收管末端的激光接收頭(7)接收光路發(fā)送管(4)中激光發(fā)射頭(6)發(fā)出的激光，記下此時機(jī)器人的位姿(4)調(diào)整機(jī)器人沿著機(jī)器人基座標(biāo)系的Y軸方向運(yùn)動一段距離，記下此時機(jī)器人的位姿(5)調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)，使光路發(fā)送管(4)插入經(jīng)度條(1)的三個圓凸臺的錐孔中，并保證光路接收管末端的激光接收頭(7)能接收到光路發(fā)送管(4)中激光發(fā)射頭(6)發(fā)出的激光，分別記下此時機(jī)器人的位姿和(6)通過采集的上述六個數(shù)據(jù)，計算獲得新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的位姿偏移，以此完成工具坐標(biāo)系的標(biāo)定。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(6)包括如下子步驟：(6.1)根據(jù)采集到的所述六個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的齊次坐標(biāo)矩陣(6.2)從各個所述齊次坐標(biāo)矩陣中提取前三行的前三列，得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣提取各個所述齊次坐標(biāo)變換矩陣第四列的前三個元素得到對應(yīng)的位置偏移向量BPEO1、BPEO2、BPEO3、BPEO4、BPEO5、BPEO6；(6.3)根據(jù)所述步驟(6.2)中的結(jié)果計算獲得虛擬新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的位置偏移向量EPVTO；然后計算獲得虛擬新建工具坐標(biāo)系Z軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量TEa，并初次計算虛擬新建工具坐標(biāo)系X軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量(6.4)根據(jù)所述和采用矢量積的方法計算獲得虛擬新建工具坐標(biāo)系Y軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量然后再次計算獲得虛擬新建工具坐標(biāo)系X軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量(6.5)根據(jù)所述EPVTO和所述采用下式計算實際新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的偏移向量EPTO：PETO=PEVTO+RTEa;]]>其中，R為補(bǔ)償半徑，其等于標(biāo)定裝置的一對經(jīng)度條組成的圓環(huán)的外圓半徑；(6.6)根據(jù)所述和EPTO采用下式獲得TTE=nTEoTEaTEPETO0001;]]>(6.7)通過齊次坐標(biāo)矩陣到歐拉角的反解得到實際新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的位姿偏移。總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點：1.本發(fā)明可用于六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系中心點的標(biāo)定，采用激光束通過狹小空間管的方式限定工具坐標(biāo)系標(biāo)定過程中的姿態(tài)偏差，錐形孔定位的方式可有效減小位置偏移的誤差，克服傳統(tǒng)標(biāo)定工具標(biāo)定精度取決于操作員肉眼判斷的弊端，對于提高工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用大有幫助。2.本發(fā)明的標(biāo)定裝置通過設(shè)置經(jīng)度條對以形成圓環(huán)，并使圓環(huán)上對應(yīng)的光路發(fā)送管和光路接收管的中心軸線重合，以形成在一直線上的激光光路，使得從光路發(fā)送管發(fā)射的激光可順利的被光路接收管中的激光接收頭接收，進(jìn)一步提高標(biāo)定精度。3.本發(fā)明使用時將標(biāo)定裝置固定在機(jī)器人工作空間的工作臺上，調(diào)整機(jī)器人位置和姿態(tài)，使得光路發(fā)送管錐形的一端插入選定工作對的錐形孔，微調(diào)機(jī)器人姿態(tài)，使得激光發(fā)射頭發(fā)出的激光通過選定工作對對應(yīng)的光路接收管被光路接收管末端的激光接收器接收，實現(xiàn)機(jī)器人位姿的標(biāo)記與檢測，為機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系的標(biāo)定提供可靠數(shù)據(jù)。附圖說明圖1是傳統(tǒng)工具坐標(biāo)系標(biāo)定裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明工具坐標(biāo)系標(biāo)定裝置的裝配圖；圖3是本發(fā)明工具坐標(biāo)系標(biāo)定裝置的剖視圖；圖4(a)-(b)是本發(fā)明的經(jīng)度條的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(a)-(c)是本發(fā)明的上聯(lián)結(jié)板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6(a)-(c)是本發(fā)明的下聯(lián)結(jié)板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7(a)-(b)是本發(fā)明的光路發(fā)送管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8(a)-(b)是本發(fā)明的光路接收管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明的基座標(biāo)系、法蘭中心坐標(biāo)系、新建工具坐標(biāo)系和虛擬新建坐標(biāo)系之間的關(guān)系圖；圖10是本發(fā)明的標(biāo)定結(jié)果的計算流程圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本發(fā)明實施例提供的一種六自由度工業(yè)機(jī)器人末端工具坐標(biāo)系標(biāo)定裝置，該裝置主要包括經(jīng)度條1、上聯(lián)結(jié)板2、下聯(lián)結(jié)板3、光路發(fā)送管4和光路接收管5，其中，經(jīng)度條1安裝在上聯(lián)結(jié)板2、下聯(lián)結(jié)板3上，并用于安裝光路發(fā)送管4和光路接收管5，為標(biāo)定裝置的標(biāo)記提供所需的光路，上聯(lián)結(jié)板2、下聯(lián)結(jié)板3主要作為安裝部件用于安裝經(jīng)度條，并與兩個經(jīng)度條組成一個圓環(huán)，使得一個經(jīng)度條上激光發(fā)射頭發(fā)射的激光能被另一個經(jīng)度條上的激光接收頭檢測到，光路發(fā)送管4用于將激光發(fā)射頭安裝在經(jīng)度條上，并為激光發(fā)射提供光路，光路接收管5用于將激光接收頭安裝在經(jīng)度條上，并為激光的接收提供光路。通過上述各個部件的相互配合，可實現(xiàn)六自由度工業(yè)機(jī)器人末端4點及以上(最多13個點)的工具坐標(biāo)系標(biāo)定，具有標(biāo)定精度高、操作方便等優(yōu)點。下面將分別對各個部件進(jìn)行詳細(xì)的說明和描述。如圖2-4所示，經(jīng)度條1為半圓形條狀件，其兩端分別通過螺栓與上聯(lián)結(jié)板2和下聯(lián)結(jié)板3相連，該經(jīng)度條1兩兩組成一對，每對經(jīng)度條1通過上聯(lián)結(jié)板2和下聯(lián)結(jié)板3連接成一個完整的圓環(huán)；經(jīng)度條1上半部的30°、45°和60°緯度處分別設(shè)有一開設(shè)有第一中心孔的圓凸臺，該第一中心孔由上半部分的錐孔和下半部分的圓柱孔組合而成，該錐孔和圓柱孔的軸線重合，該錐孔的底面與一對經(jīng)度條組成的圓環(huán)的外環(huán)直徑相切，圓柱孔的直徑小于錐孔底部的直徑，以保證光路發(fā)送管的徑向定位，同時下端圓柱孔還給激光發(fā)射頭發(fā)射的激光提供了通道。經(jīng)度條1下半部的30°、45°和60°緯度處同樣分別設(shè)有一開設(shè)有第二中心孔的圓凸臺，該第二中心孔為圓柱孔，該圓柱孔的直徑理論上只需設(shè)計成大于激光的光束直徑即可。作為優(yōu)選的實施例，標(biāo)定裝置設(shè)置有兩對經(jīng)度條1，并且該兩對經(jīng)度條1組成的兩個圓環(huán)彼此垂直，上聯(lián)結(jié)板2和下聯(lián)結(jié)板3上均設(shè)置有四個互成90°的用于安裝經(jīng)度條1的矩形凹槽。具體的，經(jīng)度條1的兩端設(shè)計成一水平平臺，便于與上、下聯(lián)結(jié)板定位連接，經(jīng)度條1中部偏下位置設(shè)置一延伸的耳部結(jié)構(gòu)，以便于標(biāo)定裝置的固定，經(jīng)度條1中部的內(nèi)側(cè)設(shè)置有加強(qiáng)筋，以加強(qiáng)經(jīng)度條的剛性，提高其整體的抗變形能力。如圖5所示，上聯(lián)結(jié)板2主體類似圓盤結(jié)構(gòu)，其側(cè)面設(shè)有安裝經(jīng)度條1的凹槽，安裝時，經(jīng)度條1嵌裝在凹槽內(nèi)，并且上聯(lián)結(jié)板2的中部設(shè)計成開設(shè)有第三中心孔的圓凸臺，該第三中心孔由上半部分的錐孔和下半部分的圓柱孔組合而成，該錐孔和圓柱孔的軸線重合，該第三中心孔的形狀和尺寸與第一中心孔的形狀和尺寸完全相同。如圖6所示，下聯(lián)結(jié)板3主體也類似圓盤結(jié)構(gòu)，其側(cè)面同樣設(shè)有安裝經(jīng)度條1的凹槽，安裝時，經(jīng)度條1嵌裝在凹槽內(nèi)，并且下聯(lián)結(jié)板3的中部設(shè)計成開設(shè)有第四中心孔的圓凸臺，該第四中心孔為圓柱孔，該圓柱孔為激光束提供通道。如圖7所示，光路發(fā)送管4為圓柱形結(jié)構(gòu)，其一端設(shè)計成錐形(即設(shè)計錐度)，錐度大小與經(jīng)度條上半部第一中心孔的錐孔一致，并且該端的內(nèi)部開設(shè)有與第一中心孔的圓柱孔尺寸相同的孔，光路發(fā)送管4的另一端開設(shè)有圓柱孔，該圓柱孔的直徑與激光發(fā)射頭6的直徑一致，以用于安裝有激光發(fā)射頭6，光路發(fā)送管4兩端開設(shè)的孔相連通，并且軸線重合。如圖8所示，光路接收管5為管狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有大小不一的兩個軸線重合的圓柱孔，其中尺寸較小的圓柱孔的直徑與第二中心孔的直徑相同，尺寸較大的圓柱孔內(nèi)設(shè)有螺紋，該圓柱孔通過螺紋連接安裝有激光接收頭7。優(yōu)選的，光路接收管5開設(shè)有尺寸較小圓柱孔的一端設(shè)計成圓盤狀結(jié)構(gòu)，該圓盤狀結(jié)構(gòu)的直徑與經(jīng)度條下半部的圓凸臺的直徑相同，其上間隔均布有六個螺釘孔(即按60°的間隔均勻分布)，通過螺釘可將光路接收管定位并固定在經(jīng)度條下部分的圓凸臺上。實際使用時，將本發(fā)明的標(biāo)定裝置安裝在支架上，該支架的底端為一方形底板，底板設(shè)計有一定的厚度，以增加底板的重量，使整個標(biāo)定裝置的中心下移，提高裝置的穩(wěn)定性，支架的頂端為一圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，圓環(huán)上每隔90°布置一組螺釘孔，共四組，每組設(shè)3個螺釘孔，用于將經(jīng)度條、上聯(lián)結(jié)板和下聯(lián)結(jié)板組合的整體固定在支架上，具體的，通過螺釘將經(jīng)度條1上的耳部結(jié)構(gòu)固定在支架頂端的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)上，由此實現(xiàn)標(biāo)定裝置的整體安裝與固定。支架的底端和頂端通過四根圓柱形的柱子相連，柱子的底端留有凸臺，在該凸臺上通過螺栓將柱子固定在底板上。下面將對本發(fā)明標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法進(jìn)行示例性說明。首先對標(biāo)定裝置中的各個部件進(jìn)行組裝，其共設(shè)有四條經(jīng)度條，分別用A、B、C、D表示，其中A和B為一組，與上下聯(lián)結(jié)板連接后組成一個圓環(huán)，C和D為一組，與上下聯(lián)結(jié)板連接后組成一個圓環(huán)，每條經(jīng)度條上半部的凸臺從上往下分別記為1、2、3，下半部的凸臺從上往下分別記為4、5、6，光路接收管5共設(shè)有13個，其中的12個固定在四條經(jīng)度條的下半部的凸臺上(即固定在A4、A5、A6、B4、B5、B6、C4、C5、C6、D4、D5和D6凸臺上)，通過將光路接收管的底端與經(jīng)度條下半部凸臺的端面貼齊，螺釘旋入對應(yīng)的螺釘孔，將二者固定，剩余的一個光路接收管固定在下聯(lián)結(jié)板的凸臺端面上，同樣通過螺釘聯(lián)結(jié)固定。如此，A1凸臺的錐孔與B6凸臺中心孔中的光路接收管工作時組成一對，同理錐孔A2與B5光路接收管組成一對，錐孔A3與B4光路接收管組成一對，共組成12對工作對組合，所有工作對組合如表1所示。表1組裝后，每一工作對的錐孔和光路接收管的中心孔軸線重合，并定義該軸線為工作對軸線，所有工作對軸線都交于空間一點，該點也是以經(jīng)度條A、B組成的圓的圓心(以經(jīng)度條C、D組成的圓的圓心與A、B組成的圓的圓心重合)。此外，還有一個特殊的工作對組合，即上聯(lián)結(jié)板頂端凸臺的錐孔和安裝在下連接板凸臺上的光路接收管中心孔，記為錐孔0光路接收管中心孔0組合，簡稱0-0組合。最后，將裝有激光發(fā)射頭的光路發(fā)送管4固定在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上。為便于后續(xù)標(biāo)定方法的描述，在標(biāo)定裝置進(jìn)行標(biāo)定之前，進(jìn)行前提設(shè)定與介紹，記原始工具坐標(biāo)系(法蘭中心點建立的坐標(biāo)系)到機(jī)器人基座標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換矩陣為新建工具坐標(biāo)系到機(jī)器人基座標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換矩陣為新建工具坐標(biāo)系到原始工具坐標(biāo)的齊次坐標(biāo)變換矩陣為和之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系：其中和可以寫成以下的分塊形式：TEB=REBPBEOi01---(1);]]>TTB=RTBPBTOi01---(2);]]>TTE=RTEPETOi01---(3);]]>其中，是法蘭中心坐標(biāo)系{E}相對于機(jī)器人基座標(biāo)系{B}的三階旋轉(zhuǎn)矩陣，可以由三個方向矢量構(gòu)造而成，即是法蘭中心坐標(biāo)系{E}的X軸在機(jī)器人基座標(biāo)系{B}下的方向余弦，即是新建工具坐標(biāo)系{T}相對于機(jī)器人基座標(biāo)系{B}的三階旋轉(zhuǎn)矩陣；是新建工具坐標(biāo)系{T}相對于法蘭中心坐標(biāo)系{E}的三階旋轉(zhuǎn)矩陣，其構(gòu)造與的構(gòu)造類似。由和(1)、(2)、(3)可得到(4)：PBTO=REB·PETO+PBEO---(4);]]>機(jī)器人工具坐標(biāo)系的標(biāo)定主要是將標(biāo)定結(jié)果用于計算通常機(jī)器人法蘭末端中心點的位置和姿態(tài)可通過機(jī)器人控制器獲得，進(jìn)而可計算出通過和計出由可解出新建工具坐標(biāo)系在基座標(biāo)系下的位置和姿態(tài)新建工具坐標(biāo)系到原始工具坐標(biāo)的齊次坐標(biāo)變換矩陣的計算，需要通過標(biāo)定計算得出，標(biāo)定計算可以分為兩個部分：中心點標(biāo)定和姿態(tài)標(biāo)定。所述中心點標(biāo)定計算，調(diào)整機(jī)器人位姿，使得新工具的末端中心點從不同方位接觸空間某一固定點，此時機(jī)器人法蘭中心點位姿BPEO1、BPEO2、…BPEOn，由此計算得出n為標(biāo)定計算所需測得點數(shù)。因為末端工具是安裝在法蘭末端的，末端中心點相對于法蘭中心坐標(biāo)系的位置是不變的，即EPTO＝EPTO1＝EPTO2＝…＝EPTOn。同時標(biāo)定過程中，新工具的末端中心點保證接觸空間某一固定點，BPTO1＝BPTO2＝…＝BPTOn，即:REB1·PETO+PBEO1=REB2·PETO+PBEO2REB2·PETO+PBEO2=REB3·PETO+PBEO3......REBn-1·PETO+PBEOn-1=REBn·PETO+PBEOn---(5)]]>所述式(5)中各項等式通過簡單的左右移項變換，再寫成矩陣形式如下：REB1-REB2REB2-REB3...REBn-1-REBn.PETO=PBEO2-PBEO1PBEO3-PBEO2...PBEOn-PBEOn-1---(6)]]>所述式(6)中左邊的系數(shù)矩陣和右邊的矩陣是3(n-1)×3的矩陣，n為標(biāo)定過程中的實測點數(shù)。通過矩陣論的知識，當(dāng)n≥3時，可以通過求系數(shù)矩陣的加號廣義逆，解出EPTO如(7)式所示：PETO=PBEO2-PBEO1PBEO3-PBEO2...PBEOn-PBEOn-1REB1-REB2REB2-REB3...REBn-1-REBn+---(7)]]>采用本發(fā)明裝置測量的點利用上述計算過程得到的EPTO不是實際新建工具坐標(biāo)系的EPTO，而是一個虛擬的EPTO，可以記為EPVTO，如圖9所示，描述了機(jī)器人基座標(biāo)系、法蘭中心坐標(biāo)系、新建工具坐標(biāo)系和虛擬新建工具坐標(biāo)系的關(guān)系。為方便計算，將刀軸矢量方向定義為新建工具坐標(biāo)系的Z軸，虛擬工具坐標(biāo)系只是沿著實際新建工具坐標(biāo)系的Z軸正方向做了平移，現(xiàn)在只需要測出新建工具坐標(biāo)系Z軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的矢量描述即可將實際工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的偏移EPTO計算出來。記新建工具坐標(biāo)系Z軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的單位矢量為關(guān)于的詳細(xì)計算在姿態(tài)標(biāo)定部分會詳細(xì)說明，由圖9可推出：PETO=PEVTO+R·TEa---(8)]]>所述式(8)中，R為補(bǔ)償半徑，其值等于標(biāo)定工具經(jīng)度條的外圓半徑，通過式(8)可以求出實際新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的偏移分量，這一步完成了中心點標(biāo)定，接下來進(jìn)行姿態(tài)標(biāo)定。所述姿態(tài)標(biāo)定，即確定新建工具坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的矢量描述。本發(fā)明中采取先確定Z軸的方案，并定義Z軸沿刀具軸線方向向下。具體實施過程中第一個測點取標(biāo)定工具頂端的點，得到再從經(jīng)度條上取三個測點分別得到通過這四個點可以計算出EPVTO；繼續(xù)調(diào)整機(jī)器人位置，使測頭位于標(biāo)定工具頂端測點的正上方，調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)，使得測頭發(fā)出的激光束能被底端的激光接收器接收到，記錄此時的機(jī)器人位姿通過和B,C)可以確定新建工具坐標(biāo)系的Z軸；然后再調(diào)整機(jī)器人沿機(jī)器人基座標(biāo)系的X軸(或Y軸，此約定為X軸)移動一段距離，記下此時的機(jī)器人位姿通過和可以確定新建工具坐標(biāo)系的X軸，在確定Z軸、X軸的基礎(chǔ)上可以利用矢量積的方法進(jìn)一步確定Y軸。其中，位姿坐標(biāo)是一個六維的向量，x,y,z表示位置分量，A,B,C表示姿態(tài)分量所述姿態(tài)標(biāo)定中計算新建工具坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸在法蘭坐標(biāo)系下的方向余弦的具體步驟如下：已知和可以得到(9)和(10)，式中和BPEO1、BPEO5可以通過和計算得到，EPVTO可以通過(7)計算得到。PBVTO1=REB1·PEVTO+PBEO1---(9)]]>PBVTO5=REB5·PEVTO+PBEO5---(10)]]>由(9)和(10)可以得到新建工具坐標(biāo)系Z軸在機(jī)器人基座標(biāo)系下的矢量描述如(11)所示：VBTz=PBVTO5-PBVTO1|PBVTO5-PBVTO1|---(11)]]>再將BVTZ通過旋轉(zhuǎn)變換轉(zhuǎn)換到法蘭中心坐標(biāo)系{E}下即可得到：aTE=R5-1EB·VBTz=R5-1EB(PBVTO-PBVTO1)|PBVTO5-PBVTO1|---(12)]]>同理，通過可以得到：PBVTO6=REB6·PEVTO+PBEO6---(13)]]>通過(10)和(13)可得到新建工具坐標(biāo)系X軸在機(jī)器人基座標(biāo)系下的矢量描述如(14)所示：VBTx=PBVTO5-PBVTO6|PBVTO5-PBVTO6|---(14)]]>再將BVTX通過旋轉(zhuǎn)變換轉(zhuǎn)換到法蘭中心坐標(biāo)系{E}下即可得到：nTE=R5-1EB·VBTx=R5-1EB(PBVTO5-PBVTO6)|PBVTO5-PBVTO6|---(15)]]>通過矢量積的方法，可以求出新建工具坐標(biāo)系的Y軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的矢量描述為：oTE=aTE×nTE---(16)]]>為進(jìn)一步保證X，Y，Z矢量的單位化、正交化，可以通過重新求解X軸的矢量分量，如下：nTE=oTE×aTE---(17)]]>通過以上過程的計算，可以得到新建工具坐標(biāo)系到法蘭中心坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換矩陣為：TTE=nTEoTEaTEPETO0001---(18).]]>下面采用本發(fā)明的標(biāo)定裝置進(jìn)行標(biāo)定，其主要包括如下步驟：(1)將組裝好的標(biāo)定裝置固定在機(jī)器人工作空間的工作臺上，保證其擺放平穩(wěn)端正，調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)，使其上的光路發(fā)送管4的錐形端插入上聯(lián)結(jié)板2的錐孔中(即0-0組合錐形孔)；(2)微調(diào)機(jī)器人的姿態(tài)，使光路發(fā)送管4中激光發(fā)射頭6發(fā)出的激光通過0-0光路，被下聯(lián)結(jié)板3上的光路接收管5末端的激光接收頭7接收，記下此時機(jī)器人的位姿(3)調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)，使光路發(fā)送管4離開0-0組合錐形孔到達(dá)錐形孔正上方，光路接收管末端的激光接收頭7接收光路發(fā)送管4中激光發(fā)射頭6發(fā)出的激光，記下此時機(jī)器人的位姿(4)調(diào)整機(jī)器人沿著機(jī)器人基座標(biāo)系的Y軸方向運(yùn)動一段距離，記下此時機(jī)器人的位姿(5)在12組工作對中任意選擇三個工作對，調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)，使光路發(fā)送管4插入經(jīng)度條1的任意三個圓凸臺的錐孔中，并保證光路接收管末端的激光接收頭7能接收到光路發(fā)送管4中激光發(fā)射頭6發(fā)出的激光，分別記下此時機(jī)器人的位姿(6)標(biāo)定操作完成之后，進(jìn)入計算流程，通過得到的初始數(shù)據(jù)計算新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的位姿偏移，以此完成工具坐標(biāo)系的標(biāo)定，計算流程如圖10所示。所述步驟(6)具體包括如下子步驟：(6.1)根據(jù)得到的初始數(shù)據(jù)通過歐拉角與齊次坐標(biāo)矩陣之間的轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的齊次坐標(biāo)矩陣(6.2)從各個所述齊次坐標(biāo)矩陣中提取前三行的前三列，得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣提取各個所述齊次坐標(biāo)變換矩陣第四列的前三個元素組成的向量可以得到對應(yīng)的位置偏移向量，此處的位置偏移向量與前述的位姿是不一樣的，位置偏移向量是一個三維向量，而位姿描述向量是一個六維向量，為區(qū)別開來，用如下的方式描述位置偏移向量：BPEO1、BPEO2、BPEO3、BPEO4、BPEO5、BPEO6；(6.3)將所述步驟(6.2)中的結(jié)果帶入公式(7)中，計算獲得虛擬新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的偏移向量EPVTO(x，y，z)；并由公式(9)、(10)、(11)、(12)聯(lián)立計算得到虛擬新建工具坐標(biāo)系Z軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量由公式(10)、(13)、(14)、(15)聯(lián)立初次計算得到虛擬新建工具坐標(biāo)系X軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量(6.4)通過矢量積的方法，由公式(16)計算獲得虛擬新建工具坐標(biāo)系Y軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量由公式(17)再次計算得到虛擬新建工具坐標(biāo)系X軸在法蘭中心坐標(biāo)系下的方向向量(6.5)根據(jù)所述EPVTO(x，y，z)和所述由公式(8)計算實際新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的偏移向量EPTO(x，y，z)；(6.6)根據(jù)所述和EPTO(x，y，z)組合可以得到如式(18)；(6.7)通過齊次坐標(biāo)矩陣到歐拉角的反解得到實際新建工具坐標(biāo)系相對于法蘭中心坐標(biāo)系的位姿偏移。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3