【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业机器人标定，尤其是涉及一种基于激光干涉仪的工业机器人标定装置及方法。
技术介绍
1、工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。
2、工业机器人在现代制造业中扮演着重要角色，广泛应用于自动化生产线、智能制造等领域。工业机器人标定是应用先进的测量手段测量出工业机器人工具坐标系的位置误差，辨识出工业机器人运动学参数误差，通过误差补偿技术提高工业机器人绝对位置精度，对于实现高精度的工业机器人操作和精密加工具有重要作用。工业机器人标定通常包含建模、测量、辨识、补偿四个基本步骤。
3、目前常用的工业机器人标定装置主要有激光跟踪仪、球杆仪和拉线编码器。但上述几种标定方法都有各自的缺点，主要表现为价格高昂，测量范围小、易受环境影响等。
4、例如（1）激光跟踪仪：设备价格高昂。（2）球杆仪：误差值超过允许值时，测量结果不准确，球杆仪的测量范围受到球杆长度的限制，雷尼绍qc20-w双球杆仪的量程仅有±1mm，难以用于测量精度较差的工业机器人。专利技术专利cn106225724b一种基于球杆仪的六轴关节工业机器人空间误差标定方法，提出了一种采用高精度的球杆仪和圆光栅等设备，测量机器人空间运动上存在的误差，并将该误差补偿到机器人的运动学模型中的误差标定方法，该方法只测量球杆仪杆件和水平面的仰角，没有测量球杆仪在水平面内的方位角，无法进行位置计算，无法获得准确的位置数据，具有一定的局限性。（3）拉线编码器：
5、而现有的激光干涉仪通常用于机床，三坐标测量机等设备的位置精度检测，虽然可以进行高精度的位置测量，但不能利用圆周轨迹进行工业机器人标定。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是提供一种测量范围大、测量精度高、可利用圆周轨迹等复杂轨迹标定工业机器人的基于激光干涉仪的工业机器人标定装置及方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于激光干涉仪的工业机器人标定装置，包括两自由度旋转支架组件、激光干涉仪调整组件、干涉镜调整组件、反射镜运动调整组件，所述激光干涉仪调整组件、干涉镜调整组件和反射镜运动调整组件依次安装于两自由度旋转支架组件上，共同实现了激光干涉仪及其镜组的精密位置调整。
3、所述两自由度旋转支架组件包括底板、支撑板和回转架，所述支撑板对称固定在底板上，该支撑板顶部与圆柱轴固定，所述回转架设置于支撑板和底板外侧，该回转架与圆柱轴通过圆柱滚子轴承相连，所述圆柱轴端部外侧安装有y轴角度编码器，该圆柱轴上设置有圆孔，所述y轴角度编码器可对支撑板在y轴上回转角度进行记录；从而实现了底板绕y轴与z轴的自由转动，并可进行空间上的两轴转动角度的记录。所述回转架底部安装有轴承座，所述轴承座为底座固定，该轴承座上依次安装有圆锥滚子轴承和z轴角度编码器，通过圆锥滚子轴承的转动来带动整个回转架的绕z轴的回转运动，由z轴角度编码器记录回转架转过的角度。所述底板底部前端位置设置有前端支撑座，所述前端支撑座起支撑限位作用，所述y轴角度编码器和z轴角度编码器用来测量两自由度旋转支架组件在y轴方向与z轴方向的转动角度。
4、可见，两自由度旋转支架组件实现了底板绕y轴与z轴的转动，并可进行两轴转动角度的测量。
5、所述激光干涉仪调整组件包括激光干涉仪和云台，所述激光干涉仪安装于云台上，通过云台来实现激光干涉仪y、z轴位置和y、z轴角度的调整，所述云台安装于下底板ⅰ上，所述下底板ⅰ固定于底板上，进而将整个激光干涉仪调整组件固定在底板上。
6、可见，激光干涉仪调整组件可进行y轴和z轴方向上的调整和z轴与y轴方向上的角度调整。
7、所述干涉镜调整组件包括干涉镜，所述干涉镜安装于支撑圆柱上，所述支撑圆柱、固定圆盘ⅰ、齿轮齿条导轨副ⅰ、干涉镜螺旋副由上至下依次安装于下底板ⅱ上，所述下底板ⅱ固定在底板上。所述干涉镜通过支撑圆柱与固定圆盘ⅰ垂直安装在齿轮齿条导轨副ⅰ上；所述干涉镜螺旋副可调整干涉镜z轴位置；所述齿轮齿条导轨副ⅰ可调整干涉镜y轴位置。
8、其中，所述干涉镜对由激光干涉仪射出的光线进行分光操作，所述支撑圆柱进行干涉镜的固定，所述干涉镜可绕支撑圆柱旋转，所述支撑圆柱通过固定圆盘ⅰ与齿轮齿条导轨副ⅰ紧密连接，通过齿轮齿条导轨副ⅰ可实现干涉镜在y轴上的移动，通过干涉镜螺旋副可实现干涉镜的升降，所述干涉镜螺旋副固定于下底板ⅱ31上，自此可实现干涉镜沿z轴方向升降及在-y轴方向上的移动。
9、可见，所述干涉镜调整组件可以调整干涉镜y轴位置和z轴位置；
10、所述反射镜运动调整组件包括导轨下底板、导轨、滑块和导轨顶板，所述导轨下底板固定于底板上，该导轨下底板上设置有导轨，所述导轨顶板通过滑块安装于导轨上，通过滑块在导轨上的直线滑动来实现导轨顶板的运动。所述导轨顶板上安装有两个导轨螺旋副，两个导轨螺旋副朝向均为导轨运动方向，每个导轨螺旋副上均安装有齿轮齿条导轨副ⅱ，靠近干涉镜调整组件一侧的齿轮齿条导轨副ⅱ上安装有反射镜支撑圆柱，所述反射镜支撑圆柱通过固定圆盘ⅱ与齿轮齿条导轨副ⅱ连接，该反射镜支撑圆柱上安装有反射镜，所述反射镜通过反射镜支撑圆柱固定，并可绕反射镜支撑圆柱轴进行一定范围内旋转；远离干涉镜调整组件一侧的齿轮齿条导轨副ⅱ上安装有轴承固定座，球铰轴承安装于轴承固定座上。
11、其中，所述球铰轴承通过轴承固定座与齿轮齿条导轨副ⅱ相连接，实现了反射镜与球铰轴承在沿齿轮齿条导轨副ⅱ在y轴方向上的移动。齿轮齿条导轨副ⅱ又通过在导轨螺旋副上的固定，实现了沿z轴方向升降的功能。
12、这样，所述反射镜与球铰轴承便可实现在y轴方向上的平移与z轴上的升降。再通过导轨螺旋副与导轨顶板的配合，实现反射镜与球铰轴承在导轨顶板上沿导轨方向的滑动，所述反射镜与球铰轴承便可实现在x轴方向上的平移，因反射镜与球铰轴承各自的导轨螺旋副均固定于导轨顶板上，所以反射镜的镜面中心点与球铰轴承的球面中心点处于一条直线上且距离恒定不变。因此，所述球铰轴承的移动距离可看作是反射镜相对于干涉镜的移动距离。
13、圆孔中心线通过两自由度旋转支架组件的两条轴线的交点，测量过程中为不动点，以此作为测量参考坐标系的原点，是径向长度测量的参考点，中心线的方向平行于导轨，为光路调整提供参考。
14、可见，反射镜运动调整组件可调整反射镜与球铰轴承的在y轴位置和z轴位置，并实现反射镜与球铰轴承在x轴方向上的移动。
15、本专利技术还提供了一种基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，包括以下步骤：
16、s1、建立工业机器人的基础坐标系、法兰坐标系，在球铰轴承的中心建立工具坐标系，在标定装置上建立测量参考坐标系。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于激光干涉仪的工业机器人标定装置，其特征在于：包括两自由度旋转支架组件、激光干涉仪调整组件、干涉镜调整组件、反射镜运动调整组件，所述激光干涉仪调整组件、干涉镜调整组件和反射镜运动调整组件依次安装于两自由度旋转支架组件上，
2.根据权利要求1所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定装置，其特征在于：所述底板底部前端位置设置有前端支撑座。
3.根据权利要求1所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定装置，其特征在于：所述圆孔的中心线通过两自由度旋转支架组件的两条轴线的交点，测量过程中为不动点，作为测量参考坐标系的原点，是径向长度测量的参考点，所述中心线的方向平行于导轨。
4.一种基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，基于如权利要求1至3任一项所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定装置实现，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，其特征在于：在步骤S1中，定义基础坐标系相对于测量参考坐标系的位姿变换参数为，定义其误差向量为，基础坐标系相对于测量参考坐标系的齐次变换矩阵为：
6.根据权
7.根据权利要求6所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，其特征在于：在步骤S2中，准备激光干涉仪及其镜组和工业机器人，将激光干涉仪安装在云台上，将干涉镜安装在干涉镜调整组件上，将反射镜安装在反射镜运动调整组件上，以导轨为基准，调整激光干涉仪的位置和方向，以及干涉镜、反射镜、球铰轴承的Z轴和Y轴位置。
8.根据权利要求7所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，其特征在于：在步骤S2中，调整光路的方法如下；
9.根据权利要求8所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，其特征在于：在步骤S3中，将第i个测量点对应的关节角度和设定的标定系统误差代入误差求解模型，计算出第i个测量点的求解位置，定义第i个测量点和第i+1个测量点的求解径向长度差为：
10.根据权利要求9所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光干涉仪的工业机器人标定装置，其特征在于：包括两自由度旋转支架组件、激光干涉仪调整组件、干涉镜调整组件、反射镜运动调整组件，所述激光干涉仪调整组件、干涉镜调整组件和反射镜运动调整组件依次安装于两自由度旋转支架组件上，
2.根据权利要求1所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定装置，其特征在于：所述底板底部前端位置设置有前端支撑座。
3.根据权利要求1所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定装置，其特征在于：所述圆孔的中心线通过两自由度旋转支架组件的两条轴线的交点，测量过程中为不动点，作为测量参考坐标系的原点，是径向长度测量的参考点，所述中心线的方向平行于导轨。
4.一种基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，基于如权利要求1至3任一项所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定装置实现，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，其特征在于：在步骤s1中，定义基础坐标系相对于测量参考坐标系的位姿变换参数为，定义其误差向量为，基础坐标系相对于测量参考坐标系的齐次变换矩阵为：
6.根据权利要求5所述的基于激光干涉仪的工业机器人标定方法，其特征在于：在步骤...
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