[发明专利]一种机器人与测量仪器的坐标转换关系确定方法

说明书

本发明涉及一种机器人与测量仪器的坐标转换关系确定方法，属于数字化测量领域。在机器人工作空间内设置有测量仪器，将机器人安装基座的坐标系定义为基坐标系，测量仪器的坐标系定义为测量坐标系。以基坐标中任意两轴为基准，将机器人作业空间划分为4个象限，计算出每个示教点坐标的平均值，将该平均值对应的坐标点记为第一重心点，选取距离第一重心点较远的示教点记为公共点，但相邻两个公共点在另外一个轴的坐标值不同。利用4个公共点分别在测量坐标系和基坐标系中的坐标便可计算得到测量坐标系与基坐标系的转换关系。本发明只需要在示教点内选取4个空间分布合理的公共点，就可以准确的计算出坐标转换关系，并且稳定性强、精度高、效率高。

技术领域

本发明涉及一种机器人与测量仪器的坐标转换关系确定方法，属于数字化测量领域。

背景技术

近年来，工业机器人作为现代制造业的核心装备，凭借其稳定性强、可靠性高等特点，成为推动制造业发展的核心力量，机器人技术的发展与应用对国民经济建设和国防建设具有重要意义。工业机器人重复定位精度很高，但决定定位精度较差，未经标定前的绝对定位精度通常在2～3mm，难以满足精密零部件加工、航天器装配、武器装备生产等高端产业需求。对工业机器人的运动学参数进行标定是提高其绝对精度的主流方法。机器人运动学参数标定可分为四个阶段：建模、测量、参数辨识和误差补偿。在机器人末端位姿误差测量阶段，常用激光跟踪仪获取机器人的末端位姿误差。进行误差测量前，必须解决激光跟踪仪测量坐标系与工业机器人基坐标系的统一问题。

针对激光跟踪仪测量坐标系与工业机器人基坐标系的统一问题，现有技术中采用机器人单轴运动与示教器读数相结合的方法，利用机器人运动轨迹的几何关系求解转换参数，但该方法操作复杂，需要采集大量数据才可保证解算精度，全过程所需时间较长。因此，现有技术利用基于距离约束的方法标定出工具坐标系，再通过基于罗德里格矩阵的最小二乘迭代法进行坐标转换参数求解，该方法能够显著提高转换参数求解的效率和质量。除此之外，还可以利用基于奇异值分解的最小二乘拟合算法对转换参数进行求解。

无论使用上述哪种方法，其中均涉及到公共点选点问题。目前在选取公共点时，常常采用随机选取的方法，随机选取方法容易出现选取的公共点在空间几何分布较密集的情况出现，导致整个机器人作业空间中部分区域中有的公共点，部分区域无公共点，从而使得解算参数不稳定、不可靠，求解的坐标系统转换参数的精度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人与测量仪器的坐标转换关系确定方法，用以解决随机选取公共点造成求解的坐标系统转换参数精度低的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案以及相应的有益效果包括：

本发明的一种机器人与测量仪器的坐标转换关系确定方法，包括如下步骤：

1)控制机器人在机器人作业空间中示教n个位置对应为n个示教点，其中n示教；

2)定义机器人安装基座的坐标系为基坐标系，以基坐标系任意两轴为基准将机器人作业空间划分为4个象限；计算n个示教点坐标的平均值，所述平均值对应的坐标点为第一重心点；在每个象限内各选取一个距离第一重心点较远的示教点作为公共点，分别作为第一公共点、第二公共点、第三公共点和第四公共点，并且处于相邻象限的两个公共点在基坐标系中另外一个轴的坐标值不同；

3)定义测量仪器的坐标系为测量坐标系，通过测量仪器获取公共点在测量坐标系中的坐标，根据选取的公共点在测量坐标系中的坐标与公共点在基坐标系中的坐标，计算得到机器人基坐标系与测量坐标系的坐标转换关系。