[发明专利]一种工业机器人位姿测量靶标装置和关节位置敏感误差标定方法

权利要求书

1.一种工业机器人位姿测量靶标装置，其特征在于，包括激光跟踪仪(3)和末端位姿测量靶标装置(2)，所述末端位姿测量靶标装置(2)设于工业机器人(1)的末端，所述激光跟踪仪(3)设于所述工业机器人(1)的一侧，所述激光跟踪仪(3)用于测量所述末端位姿测量靶标装置(2)中靶球(206)的空间位姿；

所述末端位姿测量靶标装置(2)包括X轴步进电机伺服电缸(201)、X轴拉杆装置(202)、Y轴步进电机伺服电缸(203)、Y轴拉杆装置(204)、二维滑台(207)、靶球基座(205)和靶球(206)，所述靶球(206)设于所述靶球基座(205)上表面，所述靶球基座(205)固定于所述二维滑台(207)的上表面，所述X轴拉杆装置(202)与所述X轴步进电机伺服电缸(201)连接，所述Y轴拉杆装置(204)与所述Y轴步进电机伺服电缸(203)连接，所述二维滑台(207)分别与所述X轴拉杆装置(202)和所述Y轴拉杆装置(204)连接，所述X轴步进电机伺服电缸(201)用于控制二维滑台(207)在X轴方向运动，所述Y轴步进电机伺服电缸(203)用于控制二维滑台(207)在Y轴方向运动，所述X轴和Y轴正交；

利用工业机器人位姿测量靶标装置对工业机器人关节位置敏感误差标定方法包括以下步骤：

建立工具坐标系、基坐标系和测量坐标系之间的转换矩阵；

测量工业机器人(1)各关节的极限位置坐标，得到可测量的关节空间；

在所述关节空间内选取一组位姿点并进行测量，得到测量位姿；

根据测量位姿和位姿点建立关节位置敏感误差模型，完成关节位置敏感误差标定；

所述根据测量位姿和位姿点建立关节位置敏感误差模型具体包括以下步骤：

通过齐次旋转矩阵对工业机器人(1)关节位置敏感类误差进行建模，齐次旋转矩阵中各误差均为工业机器人(1)关节角θ的函数，其中，齐次旋转矩阵为：

其中，δ_x，δ_y和δ_z分别为x轴，y轴和z轴的位置偏差，ε_x,ε_y和ε_z为x轴，y轴和z轴的角度偏差；

通过5阶切比雪夫多项式拟合齐次旋转矩阵中的元素，计算公式为：

其中，c_i和b_i均为该关节的切比雪夫系数；

计算工业机器人(1)减速箱的回程误差，计算公式为：

其中，当k＝1时，表示该关节正转；k＝-1时，表示该关节反转；ε_z,k(θ)为误差参数；

建立工业机器人(1)的正运动学模型T，得到：

T＝T_bE₀₁(θ)T₁E₁₂(θ)T₂E₂₃(θ)T₃E₃₄(θ)T₄E₄₅(θ)T₅E₅₆(θ)T₆T_t

其中，T_i为工业机器人(1)关节i的齐次转换矩阵，i的取值范围为自然数[1,6]；T_b为基坐标系转换矩阵，T_t为工具坐标系转换矩阵；

通过LM优化算法的目标函数辨识出关节位置敏感类误差模型中的参数，其中，LM优化算法的目标函数为：

min(T_R-T_bE₀₁(θ)T₁E₁₂(θ)T₂E₂₃(θ)T₃E₃₄(θ)T₄E₄₅(θ)T₅E₅₆(θ)T₆T_t)

其中，T_R为激光跟踪仪(3)测量位姿测量靶标装置的实际位姿矩阵；

结合关节位置敏感类误差模型中的参数、测量位姿和位姿点，得到关节位置敏感误差模型，完成关节位置敏感误差标定。