[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

说明书

本发明公开了一种工业机器人位姿测量靶标装置和关节位置敏感类误差标定方法，包括激光跟踪仪和末端位姿测量靶标装置，所述末端位姿测量靶标装置设于工业机器人的末端，所述激光跟踪仪设于所述工业机器人的一侧，所述激光跟踪仪用于测量所述末端位姿测量靶标装置中靶球的空间位置。本发明在测量过程中仅需测量三个点，引入计算误差较小，位姿测量精度较高，且能够实现自动化位姿测量，相比专用靶标，价格低廉。本发明的方法充分考虑工业机器人误差源的自身特性，改善了传统基于误差模型标定方法的区域性问题，有效地提升了机器人的全局精度。

技术领域

本发明属于工业机器人参数标定技术领域，特别涉及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。

背景技术

高端制造装备作为工业崛起和衡量一个国家国际竞争力的标志，体现了一个国家核心竞争力的所在。随着机器人技术的发展，工业机器人在高端制造领域应用越来越广泛，如航空航天工业的制孔/铆接、风电叶片打磨等，这些应用领域对工业机器人的绝对定位精度要求较高。研究表明工业机器人的定位误差主要由几何参数误差和非几何参数误差引起的。其中几何参数误差约占总误差的90％左右，通常认为几何参数误差是不随工业机器人的空间位姿变化而改变。非几何参数误差中主要包括刚度误差，约占总误差的5-8％。为进一步提高工业机器人定位精度，需要对残余误差进行补偿。产生残余误差的误差源主要有自重因素、连杆柔性及传动回程等，此类误差都会随着关节空间位置的变化发生变化，目前尚欠缺针对此类误差的标定方法。

目前激光跟踪仪是工业机器人标定的主要外部测量设备之一，该测量设备将靶球安装在工业机器人的末端，通过激光跟踪仪测量靶球的空间位置和位姿。若要实现机器人末端位姿的测量则需要使用专用靶标，但专用靶标的价格较高。除此以外，还可以利用三个靶球构建坐标系，但因激光跟踪仪无法自动识别靶球而需要人工干预测量过程，这将大大降低工业机器人位姿测量的效率，同时也引入一定的测量不确定度。

因此，亟待设计一种能够实现自动机器人末端位姿测量的靶标装置，并提出一种能够实现工业机器人关节位置敏感类误差的标定方法，能够较好地提高工业机器人的绝对定位精度，并使得机器人适用于复杂的高端制造业任务。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供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，能够实现自动机器人末端位姿自动测量，并有效地提高工业机器人的定位精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种工业机器人位姿测量靶标装置，包括激光跟踪仪和末端位姿测量靶标装置，所述末端位姿测量靶标装置设于工业机器人的末端，所述激光跟踪仪设于所述工业机器人的一侧，所述激光跟踪仪用于测量所述末端位姿测量靶标装置中靶球的空间位姿。

一种工业机器人关节位置敏感误差标定方法，应用上述的工业机器人位姿测量靶标装置，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。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，上述末端位姿测量靶标装置包括X轴步进电机伺服电缸、X轴拉杆装置、Y轴步进电机伺服电缸、Y轴拉杆装置、二维滑台、靶球基座和靶球，所述靶球设于所述靶球基座上表面，所述靶球基座固定于所述二维滑台的上表面，所述X轴拉杆装置与所述X轴步进电机伺服电缸连接，所述Y轴拉杆装置与所述Y轴步进电机伺服电缸连接，所述二维滑台分别与所述X轴拉杆装置和所述Y轴拉杆装置连接，所述X轴步进电机伺服电缸用于控制二维滑台在X轴方向运动，所述Y轴步进电机伺服电缸用于控制二维滑台在Y轴方向运动，所述X轴和Y轴正交。