[发明专利]工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法

权利要求书

1.一种工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、坐标准直测量：机器人按照示教器的指令，依次到达测量坐标准直的指令位姿点位，每到达一个指令位姿点位，使用三维空间测量仪采集此时的球极坐标点位，再转换成测量仪的直角坐标点位，总共需要记录5组测量仪的直角坐标点位数据，然后，通过5组指令位姿点位数据和5组测量仪的直角坐标点位数据就可以计算出旋转矩阵R、平移矩阵T，也就是测量仪直角坐标系和机器人直角坐标系的转换关系，即坐标准直，往后测量仪的坐标点位数据采集，可以直接使用这个坐标准直关系进行转换成机器人的坐标点位；

步骤2、指令位姿测量：机器人按照示教器的指令，对P1、P2、P3、P4和P5指令位姿响应n次，每次响应时记录此时的测量仪的球极坐标点位，再通过球极坐标系与直角坐标系的转换获取测量仪的直角坐标点位，接着通过两个直角坐标系的变换，就可以得到机器人此时的实到位姿点位；

步骤3、位姿准确度、重复性结果计算。

2.根据权利要求1所述的工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法，其特征在于，坐标准直测量包括测量坐标点位选取，该测量坐标点位选取包括坐标准直的坐标点位选取，位姿测量的坐标点位选取。

3.根据权利要求2所述的工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法，其特征在于，坐标准直的坐标点位选取包括：根据机器人的工作空间由C1-C8构成机器人最大空间的立方体，在由C1、C2、C7和C8构成的矩形斜平面中选取任意不同的五个空间点位坐标；位姿测量的坐标点位选取包括：根据机器人的工作空间，在由C1、C2、C7和C8构成的矩形斜平面中选取P1、P2、P3、P4和P5的空间点位坐标，并且P2、P3、P4和P5空间点位坐标能按顺时针方向构成的一个矩形以及能最大程度的占据机器人的工作空间，而P1在P2到P5空间点位所围成矩形区域的中心位置。

4.根据权利要求1所述的工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法，其特征在于，转换关系包括首先，三维空间测量仪采集机器人末端法兰盘的球极坐标点位数据方位角仰角θ和距离γ数据，然后通过球极坐标系与直角坐标系转换，可以获取测量仪的直角坐标点位数据，最后，再完成三维空间测量仪坐标系与机器人坐标系的坐标转换。

5.根据权利要求4所述的工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法，其特征在于，

球极坐标系与直角坐标系(x、y、z)转换公式如下：

z＝γ·cosθ

三维空间测量仪坐标系与机器人坐标系坐标转换公式如下：

P^t＝RP^r+T

R——旋转矩阵，T——平移矩阵；

P^t——三维空间测量仪坐标系下的坐标点位；

P^r——机器人坐标系下的坐标点位；

任意点P_i坐标的矩阵表示：

三维空间测量仪坐标系下的坐标点位：

机器人坐标系下的坐标点位：

6.根据权利要求5所述的工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法，其特征在于，采用SVD法算出R、T，包括：

(1)机器人坐标系下指令坐标点位的点集为：指令坐标点位在测量仪下测得的实际坐标点位构成的点集：

(2)分别计算机器人和测量仪坐标系下的坐标点位点集P^r、P^t的重心，即坐标点位点集包含的全部点的坐标的平均值，分别为：

(3)将两个坐标点位点集的重心对齐重合，分别计算各点集相对重心的相对坐标构成新的点集：

记：为：

记：为：

(4)由坐标点位点集构造协矩阵对协矩阵进行SVD分解：

(5)旋转矩阵即为R_3×3＝VU^T，平移矩阵为T_3×1＝μ_r-Rμ_t，当n≥3时既可求出R矩阵，R的各列为长度为3的单位向量，且两两相互垂直。

7.根据权利要求1所述的工业机器人位姿特性中准确度、重复性的测量方法，其特征在于，

位置准确度(AP_p)计算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一个位姿点位重复循环n次时，每个实到位姿点位在x、y、z方向上的点集群中心坐标，由公式计算而来，而x_j、y_j、z_j代表第j次循环运行时记录到的每个实到位姿点位坐标，x_c、y_c、z_c是机器人示教器上提前设置好的指令坐标；

姿态准确度(AP_a、AP_b、AP_c)计算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一个位姿点位重复循环n次时，n次每个实到位姿点位中所得姿态角的平均值，由公式计算而来，而a_j、b_j、c_j代表第j次循环运行时，实到位姿记录的实际姿态角，a_a、b_b、c_c是机器人示教器上提前设置好的指令姿态角；位置准确度(AP_p)

位置准确度计算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一个位姿点位重复循环n次时，每个实到位姿点位在x、y、z方向上的点集群中心坐标，由公式计算而来，而x_j、y_j、z_j代表第j次循环运行时记录到的每个实到位姿点位坐标，x_c、y_c、z_c是机器人示教器上提前设置好的指令坐标；

姿态准确度(AP_a、AP_b、AP_c)计算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一个位姿点位重复循环n次时，n次每个实到位姿点位中所得姿态角的平均值，由公式计算而来，而a_j、b_j、c_j代表第j次循环运行时，实到位姿记录的实际姿态角，a_a、b_b、c_c是机器人示教器上提前设置好的指令姿态角。