[發明專利]自動高精度非接觸式機器人TCP標定方法

有效

• 申請號: 201810640287.2
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108972543B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 吳樂平;葉彥斐;祁連祥;程偉國;周堅強
• 申請（專利權）人: 南京旭上數控技術有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 劉暢

1.一種自動高精度非接觸式機器人TCP標定方法，其特征在于在工具末端點安裝超聲波發送探頭S，在機器人矩形底座上設置3個超聲波接收探頭R₁、R₂、R₃，R₁、R₂、R₃的連線構成直角三角形，R₁為直角頂點；建立標定坐標系O-XYZ：R1為坐標原點，為X軸，為Y軸，按照右手坐標系確定Z軸；TCP標定方法具體包括以下步驟：

S1、機器人控制器操作機器人將工具末端點移動到任一位置，超聲波發送探頭S發送超聲波信號，并同時啟動3個超聲波接收探頭R₁、R₂、R₃對應的定時器；

S2、超聲波接收探頭R₁、R₂、R₃接收到信號后，機器人控制器：

S2-1分別關閉對應的定時器并記錄傳輸時間t_j，t_j為超聲波接收探頭R_j接收發送探頭S發出信號所用時間，j＝1,2,3；

S2-2檢測、存儲機器人當前各關節角度值J₁,J₂,…,J_m，m為待標定機器人的關節數；

S2-3記錄機器人周圍環境溫度K；

S3、根據傳輸時間t_j、環境溫度K，得到發送探頭S到各超聲波接收探頭R_j之間的距離L_j；

S4、計算工具末端點在標定坐標系O-XYZ的位置(x,y,z)；

S5、步驟S1-S4重復共進行n次，共獲得n組工具末端點在標定坐標系O-XYZ的位置(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,3,…,n；以及與之對應的n組當前機器人各關節角度值J_1i,J_2i...J_mi，i＝1,2,3,…,n；

S6、根據n組機器人關節角度值J_1i,J_2i...J_mi，得到相應的n個機器人末端坐標系{R}相對于基坐標系{B}的齊次變換矩陣i＝1,2,3,…,n；

S7、基于S5獲得的工具末端點在標定坐標系O-XYZ的位置(x_i,y_i,z_i)以及S6獲得的機器人末端坐標系{R}相對于基坐標{B}的變換矩陣i＝1,2,3,…,n；最終得到TCP標定參數向量

其中，

矩陣A的求解方法：

將S6中獲得的記為的形式，其中為3×3矩陣；故矩陣A中的各元素為已知量；

矩陣B的求解方法：

(x_i,y_i,z_i)為S5求得的已知量；將S6中獲得的記為的形式，其中為3×1矩陣，故矩陣B中的各元素為已知量。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于S3中，發送探頭S到各超聲波接收探頭R_j之間的距離L_j的計算公式為：L_j＝t_j*(331.5+0.607K)， L_j單位為mm，tj單位為ms，K單位為℃。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于S4中，工具末端點在標定坐標系O-XYZ的位置(x,y,z)的求解公式為：

式中，L₁、L₂、L₃為S3中求得的距離L_j，j＝1,2,3；表示超聲波接收探頭R₁和R2之間的距離；表示超聲波接收探頭R₁和R3之間的距離。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于S6中，變換矩陣的求解方法為：f表示待進行TCP標定機器人確定的正運動學函數。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于超聲波接收探頭R₁、R₂、R₃分別設置在機器人矩形底座的3個頂點處。