[發明專利]一種全自動順序多站式測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201811653578.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109732600B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 喬貴方;康傳帥;趙藝兵;溫秀蘭;孫大林;張穎;呂仲艷
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

1.一種全自動順序多站式測量方法，應用全自動順序多站式測量系統，其特征是：全自動順序多站式測量系統包括工業機器人(1)、主動式靶球(2)、激光跟蹤儀(3)、AGV車(4)、固定靶球(5)以及磁性基座(6)，所述的主動式靶球(2)安裝在工業機器人(1)的末端，所述的激光跟蹤儀(3)能夠測量主動式靶球(2)的空間坐標，激光跟蹤儀(3)固定在AGV車(4)的升降板上，通過AGV車(4)的移動調節激光跟蹤儀(3)的空間位置，所述的固定靶球(5)通過磁性基座(6)固定在激光跟蹤儀(3)可測空間內的某一固定位置，具體測量方法，包括以下幾個步驟：

步驟1：將工業機器人(1)恢復至初始零位狀態，所述初始零位狀態是指工業機器人(1)的各個關節角度均為0°，并通過工具坐標系標定方法獲得主動式靶球(2)在工業機器人(1)的默認工具坐標系下的坐標表示；

步驟2：控制AGV車(4)搭載激光跟蹤儀(3)運動到第一個基站位置，該基站位置記為A(x₁, y₁, z₁)，并測量固定靶球(5)的空間坐標為Q(x_q1, y_q1, z_q1)；

步驟3：控制工業機器人(1)的末端到達制定的自標定測量點P_j（j=1,…, N=100），該點在工業機器人(1)基坐標系內的坐標為P_j=（x_Rj, y_Rj, z_Rj），其中R表示工業機器人(1)基坐標系，自標定測量點沿圓的徑向均勻分布，并用激光跟蹤儀(3)測量自標定測量點在該基站位置A上的激光跟蹤儀(3)測量坐標系內的測量點坐標為P_Aj=（x_MAj, y_MAj, z_MAj）（j=1,…, N=100），其中M表示激光跟蹤儀(3)測量坐標系，A表示第一個基站位置；

步驟4：控制工業機器人(1)恢復至初始零位狀態，然后分別依次單獨旋轉工業機器人(1)關節1至關節N，利用激光跟蹤儀(3)測量各個關節的旋轉軌跡上的測量點，每個關節的各個測量點為在固定角度范圍內均勻分布的點，各個測量點在該基站位置上的激光跟蹤儀(3)測量坐標系內的測量點坐標為P_ACi=( x_MACij, y_MACij, z_MACij)，其中i表示第i個關節，i=1，…，N，A表示第一個基站位置，C_i表示關節i的測量點；

步驟5：控制工業機器人(1)恢復至初始零位狀態，然后控制AGV車(4)搭載激光跟蹤儀(3)運動到第二個基站位置，該基站位置記為B(x₂, y₂, z₂)，并測量固定靶球(5)的空間坐標為Q(x_q2, y_q2, z_q2)，然后重復步驟3和步驟4，所述的工業機器人(1)基坐標系內的自標定測量點P_j在第二個基站位置B與第一個基站位置A上為相同點，所述的工業機器人(1)各個關節的旋轉軌跡上的測量點在第二個基站位置B與第一個基站位置A上為相同點；

步驟6：控制工業機器人(1)恢復至初始零位狀態，然后控制AGV車(4)搭載激光跟蹤儀(3)運動到第三個基站位置，該基站位置記為C(x₃, y₃, z₃)，并測量固定靶球(5)的空間坐標為Q(x_q3, y_q3, z_q3)，然后重復步驟3和步驟4，所述的工業機器人(1)基坐標系內的自標定測量點P_j在第三個基站位置C與第一個基站位置A和第二個基站位置B上均為相同點，所述的工業機器人(1)各個關節的旋轉軌跡上的測量點在第三個基站位置C與第一個基站位置A和第二個基站位置B上均為相同點；

步驟7：控制工業機器人(1)恢復至初始零位狀態，然后控制AGV車(4)搭載激光跟蹤儀(3)運動到第四個基站位置，該基站位置記為D(x₄, y₄, z₄)，并測量固定靶球(5)的空間坐標為Q(x_q4, y_q4, z_q4)，然后重復步驟3和步驟4，所述的工業機器人(1)基坐標系內的自標定測量點P_j在第四個基站位置D與第一個基站位置A、第二個基站位置B和第三個基站位置C上均為相同點，所述的工業機器人(1)各個關節的旋轉軌跡上的測量點在第四個基站位置D與第一個基站位置A、第二個基站位置B和第三個基站位置C上均為相同點；

步驟8：以第一個基站位置A為基準，該位置作為直三棱錐形的一個頂點，根據直角三棱錐形的體積及幾何約束，計算其他三個頂點B,C,D的空間位置，在運動過程中，激光跟蹤儀(3)始終測量固定靶球(5)的空間位置，將B,C,D與A的空間相對位置轉換為固定靶球(5)在激光跟蹤儀(3)測量坐標系內的空間相對位置，從而實現高精度的基站位置調整；

步驟9：首先根據工業機器人(1)基坐標系內的自標定測量點P_j的坐標與激光跟蹤儀(3)測量坐標系的坐標，實現基坐標系與測量坐標系的轉換，獲取測量坐標系的原點在基坐標系內位置，分別實現在四個基站位置A，B，C，D上的坐標系轉換；

步驟10：根據工業機器人(1)基坐標系內的自標定測量點P_j在四個基站位置A，B，C，D的極坐標中的距離值，記為、、、，滿足以下方程，

根據方程構建優化目標函數J，

以工業機器人(1)控制器內的測量點讀取值以及步驟9中獲得測量坐標系在基坐標系的位置作為優化目標函數J的初值，該優化算法可采用常規的LM算法或遺傳算法，從而得到四個基站位置A，B，C，D在工業機器人(1)基坐標系內的精確坐標值；

步驟11：根據步驟10獲取的四個基站位置A，B，C，D的精確坐標值與激光跟蹤儀(3)測量各個關節的旋轉軌跡上的測量點距離激光跟蹤儀(3)的距離，根據方程，

可得各個關節的旋轉軌跡上的測量點的精確坐標值。

2.根據權利要求1所述的全自動順序多站式測量方法，其特征是：所述的主動式靶球(2)能夠保證激光跟蹤儀(3)在任意位置都能夠測量自標定測量點P_j以及工業機器人(1)各個關節的旋轉軌跡上的測量點。