一种机器人的标定系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种机器人的标定系统及方法，属于机器人标定领域。本发明专利技术包括标定装置、机器人、计算机、机器人电缆、标定装置电缆；所述标定装置通过标定装置电缆与计算机连接通讯，机器人通过机器人电缆与计算机连接通讯；通过计算机采集标定装置的数据以及机器人的关节转角，并根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人末端在空间两点的距离；所述标定装置的数据包括拉线传感器的长度、角度传感器Ⅰ的角度、角度传感器Ⅱ的角度。本发明专利技术为结构参数解算提供了鲁棒性更强的数据支持同时标定操作更加灵活轻便；提高了结构参数解算的可靠性和精度；由于不需要测出机器人末端的坐标值，因此简化了操作步骤并提高了标定效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器人的标定系统及方法，属于机器人标定领域。
技术介绍
随着机器人在各个行业的广泛运用，业界对工业机器人在运动时在空间上的重复定位精度与绝对定位精度有严格的要求，现今机器人重复定位精度比较高，绝对定位精度却很低，一般相差一个数量级以上，绝对定位精度问题已经严重制约了工业机器人的应用能力和应用范围。由于机器人是一种多自由度设备，这种结构形式存在误差累积放大的缺点，各级关节的结构参数误差会被逐级放大，从而造成机器人的精度降低。标定是消除机器人结构参数误差的有效方法，目前常用的机器人标定方法一般都要借助激光跟踪仪、激光干涉仪、三坐标测量机等精密测量仪器。以上方法的共同特点是设备非常昂贵，安装调试及操作比较复杂，主要适合于机器人制造企业实验室场合应用，操作过程依赖于操作人员的水平且非常浪费时间，难以实现自动化。
技术实现思路
本专利技术提供了一种机器人的标定系统及方法，以解决现有设备昂贵、安装操作复杂或定位精度低等问题。本专利技术的技术方案是：一种机器人的标定系统，包括标定装置、机器人19、计算机20、机器人电缆21、标定装置电缆；所述标定装置通过标定装置电缆与计算机20连接通讯，机器人19通过机器人电缆21与计算机20连接通讯；通过计算机20采集标定装置的数据以及机器人19的关节转角，并根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人19末端在空间两点的距离；所述标定装置的数据包括拉线传感器17的拉线长度、角度传感器Ⅰ5的角度、角度传感器Ⅱ14的角度。所述标定装置包括下底板1、轴承座Ⅰ2、圆锥滚子轴承Ⅰ3、阻挡片4、角度传感器Ⅰ5、旋转轴Ⅰ6、轴承座Ⅱ7、圆锥滚子轴承Ⅱ8、支撑柱9、上底板10、连接块11、旋转轴Ⅱ12、转向环13、角度传感器Ⅱ14、深沟球轴承Ⅰ15、深沟球轴承Ⅱ16、拉线传感器17、连接杆18；所述轴承座Ⅰ2安装在下底板1上，圆锥滚子轴承Ⅰ3安装于轴承座Ⅰ2内，旋转轴Ⅰ6的下端安装在圆锥滚子轴承Ⅰ3内，角度传感器Ⅰ5安装在旋转轴Ⅰ6上，阻挡片4一端安装在角度传感器Ⅰ5上，阻挡片4另一端安装在下底板1上，轴承座Ⅱ7安装在上底板10上，上底板10与下底板1通过支撑柱9连接，圆锥滚子轴承Ⅱ8安装于轴承座Ⅱ7内，旋转轴Ⅰ6的上端安装在圆锥滚子轴承Ⅱ8内，连接块11安装在旋转轴Ⅰ6的末端，连接块11一端安装有深沟球轴承Ⅰ15，连接块11另一端安装有深沟球轴承Ⅱ16，旋转轴Ⅱ12的一端安装在深沟球轴承Ⅰ15内，旋转轴Ⅱ12的另一端安装在深沟球轴承Ⅱ16内，转向环13安装在旋转轴Ⅱ12上，随旋转轴Ⅱ12一起转动，拉线传感器17的拉线安装在转向环13上，连接杆18安装在拉线传感器17上，角度传感器Ⅱ14的转动轴安装在旋转轴Ⅱ12上，角度传感器Ⅱ14安装在连接块11上。所述标定装置电缆包括拉线传感器电缆22、角度传感器电缆Ⅱ24、角度传感器电缆Ⅰ23；所述标定装置中拉线传感器17、角度传感器Ⅰ5、角度传感器Ⅱ14分别通过拉线传感器电缆22、角度传感器电缆Ⅱ24、角度传感器电缆Ⅰ23与计算机20连接通讯。一种机器人的标定方法，所述方法的具体步骤如下：Step1、将拉线传感器17通过连接杆18固定在机器人19上，并将拉线传感器17的拉线与转向环13连接，从而实现标定装置与机器人19的连接；Step2、上电，打开拉线传感器17、角度传感器Ⅰ5、角度传感器Ⅱ14、机器人19，并将机器人19移动至初始位姿且满足初始化计数变量v＝0；Step3、判断是否完成数据采集操作；若已经完成数据采集则转至Step7，若尚未完成则转至Step4；Step4、计数变量自增1：v＝v+1；Step5、通过计算机20采集拉线传感器17的拉线长度、角度传感器Ⅰ5的读数、角度传感器Ⅱ14的读数(为拉线传感器17的拉线在竖直方向上与水平面的夹角)和机器人19的关节转角数据；Step6、变换机器人19的位姿，变换的原则为：按照关节顺序的大小依次变换每个关节的转角(如：按照关节从小到大的原则依次变换，关节一从0°变换到10°，下一次再从10°变换到20°，以此类推，每次变换关节的角度增加10°，一直增加到350°，即完成此关节的位姿变换，其余关节也按照这种方法运动，用户也可增加或减少位姿的变换次数，以便获得更多数据)；其中所有关节变换次数为t，每变换一次就返回到步骤Step3进行判断；Step7、完成数据采集后令t＝v；Step8、机器人19末端空间连续两点i与j距离li,j的计算：数据采集完成后，利用采集到的标定装置的数据可计算机器人19末端空间连续两点i与j距离li,j；由于旋转轴Ⅰ6的轴线，旋转轴Ⅱ12的轴线，拉线传感器17拉线的延长线相交于同一点o，转向环13末端到o点的距离为l0，因此能建立机器人19末端空间连续两点i与j距离li,j的空间几何关系，求出li,j：选择旋转轴Ⅱ12轴线所在平面为水平面，首先根据拉线传感器17的拉线长度以及角度传感器Ⅱ14的读数计算机器人19末端位置i、j到水平面投影点k、p的距离li,k、lj,p；其次根据拉线传感器17的拉线长度、角度传感器Ⅰ5与角度传感器Ⅱ14的读数计算投影点的长度lk,p，最后根据勾股定理即可计算出机器人19末端空间连续两点i与j距离；机器人19末端位置i与j到投影点k与p距离li,k与lj,p的计算：li,k＝(li+l0)sinθilj,p＝(lj+l0)sinθj投影点长度lk,p的计算：lo,k＝(li+l0)cosθilo,p＝(lj+l0)cosθj根据余弦定理lk,p2＝lo,k2+lo,p2-2lo,k·lo,p·cosθk,p，得到lk,p；机器人19末端位置i与j距离的计算：ln,k＝lj,pln,j＝lk,pli,n＝li,k-ln,k根据勾股定理求出机器人19末端在空间两点i与j之间的距离li,j；式中，li、lj表示当机器人19末端位置分别为i、j时，拉线传感器17的拉线长度；θi、θj表示当机器人19末端位置分别为i、j时，角度传感器Ⅱ14的读数；θk、θp表示当机器人19末端位置分别为i、j时，角度传感器Ⅰ5的读数；θk,p为机器人19末端由位置i移动到位置j时在水平面转过的角度，θk,p＝θk-θp；n为j点在线ik上的投影点；lo,k、lo,p分别表示o点至投影点k、p的距离；ln,k、ln,j分别表示n至k、j的距离；li,n表示i至n的距离；Step9、待标定的机器人19结构参数的求解：利用采集到的机器人19的关节转角数据，计算得到的li本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人的标定系统，其特征在于：包括标定装置、机器人(19)、计算机(20)、机器人电缆(21)、标定装置电缆；所述标定装置通过标定装置电缆与计算机(20)连接通讯，机器人(19)通过机器人电缆(21)与计算机(20)连接通讯；通过计算机(20)采集标定装置的数据以及机器人(19)的关节转角，并根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人(19)末端在空间两点的距离；所述标定装置的数据包括拉线传感器(17)的拉线长度、角度传感器Ⅰ(5)的角度、角度传感器Ⅱ(14)的角度。

【技术特征摘要】
1.一种机器人的标定系统，其特征在于：包括标定装置、机器人(19)、计算机(20)、
机器人电缆(21)、标定装置电缆；
所述标定装置通过标定装置电缆与计算机(20)连接通讯，机器人(19)通过机器人电
缆(21)与计算机(20)连接通讯；通过计算机(20)采集标定装置的数据以及机器人(19)
的关节转角，并根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人(19)末端在空间两点的距
离；所述标定装置的数据包括拉线传感器(17)的拉线长度、角度传感器Ⅰ(5)的角度、角
度传感器Ⅱ(14)的角度。
2.根据权利要求1所述的机器人的标定系统，其特征在于：所述标定装置包括下底板(1)、
轴承座Ⅰ(2)、圆锥滚子轴承Ⅰ(3)、阻挡片(4)、角度传感器Ⅰ(5)、旋转轴Ⅰ(6)、轴
承座Ⅱ(7)、圆锥滚子轴承Ⅱ(8)、支撑柱(9)、上底板(10)、连接块(11)、旋转轴Ⅱ(12)、
转向环(13)、角度传感器Ⅱ(14)、深沟球轴承Ⅰ(15)、深沟球轴承Ⅱ(16)、拉线传感器
(17)、连接杆(18)；
所述轴承座Ⅰ(2)安装在下底板(1)上，圆锥滚子轴承Ⅰ(3)安装于轴承座Ⅰ(2)
内，旋转轴Ⅰ(6)的下端安装在圆锥滚子轴承Ⅰ(3)内，角度传感器Ⅰ(5)安装在旋转轴
Ⅰ(6)上，阻挡片(4)一端安装在角度传感器Ⅰ(5)上，阻挡片(4)另一端安装在下底
板(1)上，轴承座Ⅱ(7)安装在上底板(10)上，上底板(10)与下底板(1)通过支撑柱
(9)连接，圆锥滚子轴承Ⅱ(8)安装于轴承座Ⅱ(7)内，旋转轴Ⅰ(6)的上端安装在圆
锥滚子轴承Ⅱ(8)内，连接块(11)安装在旋转轴Ⅰ(6)的末端，连接块(11)一端安装
有深沟球轴承Ⅰ(15)，连接块(11)另一端安装有深沟球轴承Ⅱ(16)，旋转轴Ⅱ(12)的
一端安装在深沟球轴承Ⅰ(15)内，旋转轴Ⅱ(12)的另一端安装在深沟球轴承Ⅱ(16)内，
转向环(13)安装在旋转轴Ⅱ(12)上，随旋转轴Ⅱ(12)一起转动，拉线传感器(17)的
拉线安装在转向环(13)上，连接杆(18)安装在拉线传感器(17)上，角度传感器Ⅱ(14)
的转动轴安装在旋转轴Ⅱ(12)上，角度传感器Ⅱ(14)安装在连接块(11)上。
3.根据权利要求1所述的机器人的标定系统，其特征在于：所述标定装置电缆包括拉线
传感器电缆(22)、角度传感器电缆Ⅱ(24)、角度传感器电缆Ⅰ(23)；
所述标定装置中拉线传感器(17)、角度传感器Ⅰ(5)、角度传感器Ⅱ(14)分别通过拉
线传感器电缆(22)、角度传感器电缆Ⅱ(24)、角度传感器电缆Ⅰ(23)与计算机(20)连
接通讯。
4.一种机器人的标定方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
Step1、将拉线传感器(17)通过连接杆(18)固定在机器人(19)上，并将拉线传感器
(17)的拉线与转向环(13)连接，从而实现标定装置与机器人(19)的连接；
Step2、上电，打开拉线传感器(17)、角度传感器Ⅰ(5)、角度传感器Ⅱ(14)、机器人
(19)，并将机器人(19)移动至初始位姿且满足初始化计数变量v＝0；
Step3、判断是否完成数据采集操作；
若已经完成数据采集则转至Step7，若尚未完成则转至Step4；
Step4、计数变量自增1：v＝v+1；
Step5、通过计算机(20)采集拉线传感器(17)的拉线长度、角度传感器Ⅰ(5)的读
数、角度传感器Ⅱ(14)的读数和机器人(19)的关节转角数据；
Step6、变换机器人(19)的位姿，变换的原则为：按照关节顺序的大小依次变换每个关
节的转角；其中所有关节变换次数为t，每变换一次就返回到步骤Step3进行判断；
Step7、完成数据采集后令t＝v；
Step8、机器人(19)末端空间连续两点i与j距离li,j的计算：
数据采集完成后，利用采集到的标定装置的数据可计算机器人(19)末...

【专利技术属性】
技术研发人员：高贯斌，张怀山，那靖，伞红军，伍星，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53