基于相对测量的工件坐标系统标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相对测量的工件坐标系统标定方法，以实现标定精度及作业精度更高的工件坐标系统标定；该方法通过标定测量装置的位置，以及工件坐标系统的初始值，并在虚拟工件的表面生成表面加工路径（路径上的点称为目标点），控制机器人运动，通过测量装置测量所述目标点的坐标，记录所述目标点的偏移量，通过求解所述工件坐标系统位姿的初始值与实际值之间的转换矩阵，完成所述工件坐标系统的标定；通过该方法，可以使测量过程简单易行，补偿了机器人系统误差，提高了机器人坐标系统标定精度和最终系统的作业精度。

【技术实现步骤摘要】
技术领城本专利技术涉及工件的位姿标定
，特别涉及一种机器人领域中工件坐 标系统的标定方法。
技术介绍
坐标系统标定是机器人领域的关键技术，其任务是确定机器人加工系统中工件、工具等的位置。 一般的工件标定算法，可以称为基于绝对测量的算法； 这类算法是将测量点转换为机器人末端坐标系(Tqq1。)下的坐标(工件被固坐标系的情况)；然后，再用其他的算法比如最小二乘法来标定工件位置。绝 对测量的方法能够在一定程度上完成工件坐标系统位姿(Wobj )的定位，但是， 在绝对测量过程中，存在机器人的系统误差和测量系统标定误差等，这使得现 有技术中的标定方法对于这些工件位置的标定不够精确。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种标定精度及作业精度更高的基于 相对测量的工件坐标系统标定方法。为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是提供一种基于相对测量的 工件坐标系统标定方法，其特征在于，包括Al.标定测量装置的相对零点和机器人基座坐标系间的位置关系，在所述 机器人末端固定所述工件，其中，所述测量装置及所述机器人基座位置固定； A2.对工件坐标系统进行初步标定，得到所述工件坐标系统位姿的初始值； A3.在所述工件的三维模型的表面生成表面加工路径，其中所述路径上的 点称为目标点；A4.通过所述测量装置测量所述目标点相对于所述测量装置相对零点的坐标；A5.通过求解所述工件坐标系统位姿的初始值与实际值之间的转换矩阵， 完成所述工件坐标系统的标定。优选的，所述对工件坐标系统进4亍初步标定是通过绝对测量的方法而进行。优选的，步骤A3中在所述工件三维模型的表面生成表面加工路径是通过 离线编程技术实现。优选的，步骤A5进一步包括利用最小二乘法使所述偏移量最小，进而 求出所述工件坐标系统位姿的初始值与实际值之间的转换矩阵。优选的，上述技术方案还可以包括步骤A6.将步骤A5中得到的所述工 件坐标系统的标定值作为初始值，重复步骤A4,最终完成对所述工件坐标系 统的^r确标定。本专利技术采取的另 一种技术方案是提供一种基于相对测量的工件坐标系统 标定方法，其特征在于，包括Bl.标定测量装置的相对零点和机器人末端坐标系间的位置关系，其中， 所迷测量装置固定于所述机器人的末端，并且所述工件及所述机器人位置固 定；B2.对工件坐标系统进行初步标定，得到所述工件坐标系统位姿的初始值；B3.在所述工件的三维模型的表面生成表面加工路径，其中所述路径上的 点称为目标点；B4.通过所述测量装置测量所述目标点相对于所述测量装置相对零点的坐标；B5.通过求解所述工件坐标系统位姿的初始值与实际值之间的转换矩阵， 完成所述工件坐标系统的标定。优选的，所述对工件坐标系统进行初步标定是通过绝对测量的方法而进行。优选的，步骤B3中在所述工件三维模型的表面生成表面加工路径是通过 离线编程技术实现。优选的，步骤B5进一步包括利用最小二乘法使所述偏移量最小，进而求出所述工件坐标系统位姿的初始值与实际值之间的转换矩阵。优选的，上述技术方案还可以包括步骤B6.将步骤B5中得到的所述工 件坐标系统的标定值作为初始值，重复步骤B4,最终完成对所述工件坐标系 统的4青确标定。同现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点1. 可以运用接触与非接触式的测量装置作为测量工具，如点激光测量器 等，测量过程简单易行；2. 无需获取测量点的绝对坐标值，只需运用相对测量的偏差值和非线性 最小二乘法来补偿和计算即可实现对工件坐标系统的标定，操作过程简便、快 捷，结果准确；3. 在误差补偿过程中，局部补偿了机器人系统误差，提高了机器人坐标 系统标定精度和最终系统的作业精度。附图说明图l是本专利技术实施方式的结构图； 图2是本专利技术实施方式的流程图； 图3是本专利技术第二种实施方式的结构图； 图4是本专利技术第二种实施方式的流程具体实施例方式本专利技术的核心思想是标定工件坐标系统位姿(Wobj)的初始值，利用 Wobj的初始值与实际值之间的转换矩阵，完成工件坐标系统的标定。参照图l，是本专利技术实施方式的结构如图所示，包括机器人IO、测量装置ll、工件12，其中机器人10的基 座101和测量装置11分别固定，例如固定在世界坐标系中等，工件12固定于 机器人10的末端102。其中测量装置ll可以为线性位移传感器(LVDT)或点激光测量器等。参照图2，是本专利技术实施方式的流程步骤201，标定测量装置的相对零点和机器人基座坐标系间的位置关系， 将工件固定在机器人末端；由于测量装置11与机器人基座10 l相对静止，利用公知的标定技术可以完 成测量装置11与机器人基座101之间的位姿关系标定，假设其为^w;将工件 12固定于机器人末端102，以便机器人lO对其进行测量路径的编辑。步骤202,对工件坐标系统进行初步标定，得到所述工件坐标系统位姿的 初始^f直；优选的，可以通过基于绝对测量的方法或其他方法，对工件12坐标系统 进行初步标定，例如通过测量工件12表面特征点在机器人末端102坐标系 下的位置，完成对工件12坐标系统的初步标定。步骤203,在工件的三维模型的表面生成表面加工路径；优选的，可以通过离线编程等技术，在工件12的三维模型的表面生成表 面加工路径，其中，路径上的点称为目标点(Target)。步骤204，通过测量装置测量所述目标点相对于该测量装置相对零点的坐标；根据工具位置(将所述测量装置的相对零点位置设为工具位置)、工件12 坐标系统位姿初始值和工件12表面目标点，控制机器人10夹持工件12运动 至所述目标点，通过测量装置11测量所述目标点相对于测量装置11相对零点 的坐标，该坐标即为目标点的偏移量。步骤205,记录目标点的偏移量，通过所述工件坐标系统位姿的初始值与 实际值之间的转换矩阵，完成工件坐标系统的标定。由于初始的Wobj与实际的Wobj之间存在误差，于是当每个Target运行 到测量装置ll相对零点时，测量到的是实际工件12表面上的点，这个点在测 量装置ll中的坐标与理想情况会有偏差。而每个测量值就是实际的目标点与 理论的目标点之间的偏移量(Offsets);运用最小二乘法使得Offsets最小， 求出实际的Wobj与初始的Wobj之间的转换矩阵，进而求出实际的Wobj。其中，假定测量装置11测得的相对测量值是实际的目标点(在实际的Wobj 中的目标点)到理论的目标点之间的距离值(在初始的Wobj中的目标点，这 个目标点和实际的目标点之间存在有误差值)；这个布支定忽略了两个对结果影 响很小的因素工具标定误差以及由初始Wobj和工具标定误差导致的测量点 的偏移(实际测量到的点偏离了理想的测量点)。用最小二乘法求解实际Wobj相对于初始的Wobj的转换矩阵 实际目标点相对于期望目标点(在初始Wobj下的目标点)的转换矩阵的 转换关系是IdealTargetTxyz-TargetMT1* Accurate Wobj —、Initial Wobj*TargetM 其中，TargetM为工件12表面目标点相对于工件12坐标系的位姿矩阵，Accurate Wobj为实际的精确工件12坐标系统位姿矩阵，Initial Wobj为初始的工件12坐标系统位姿矩阵。这里实际精确的Wobj值为Accurate Wobj =Tr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相对测量的工件坐标系统标定方法，其特征在于，包括：１０１．标定测量装置的相对零点和机器人基座坐标系间的位置关系，在所述机器人末端固定所述工件，其中，所述测量装置及所述机器人基座位置固定；１０２．对工件坐标系统进行初步 标定，得到所述工件坐标系统位姿的初始值；１０３．在所述工件的三维模型的表面生成表面加工路径，其中所述路径上的点称为目标点；１０４．通过所述测量装置测量所述目标点相对于所述测量装置相对零点的坐标；１０５．通过求解所述工 件坐标系统位姿的初始值与实际值之间的转换矩阵，完成所述工件坐标系统的标定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴水华，汤青，甘中学，刘平，刘华根，孙云权，
申请(专利权)人：廊坊智通机器人系统有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]