[發(fā)明專利]工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010232104.0
• 申請(qǐng)日: 2020-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN111409105A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹榮造;謝雙勝;楊醫(yī)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 伯朗特機(jī)器人股份有限公司
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00;G01B21/00;G01C21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、坐標(biāo)準(zhǔn)直測(cè)量：機(jī)器人按照示教器的指令，依次到達(dá)測(cè)量坐標(biāo)準(zhǔn)直的指令位姿點(diǎn)位，每到達(dá)一個(gè)指令位姿點(diǎn)位，使用三維空間測(cè)量?jī)x采集此時(shí)的球極坐標(biāo)點(diǎn)位，再轉(zhuǎn)換成測(cè)量?jī)x的直角坐標(biāo)點(diǎn)位，總共需要記錄5組測(cè)量?jī)x的直角坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)，然后，通過5組指令位姿點(diǎn)位數(shù)據(jù)和5組測(cè)量?jī)x的直角坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)就可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)矩陣R、平移矩陣T，也就是測(cè)量?jī)x直角坐標(biāo)系和機(jī)器人直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即坐標(biāo)準(zhǔn)直，往后測(cè)量?jī)x的坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集，可以直接使用這個(gè)坐標(biāo)準(zhǔn)直關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換成機(jī)器人的坐標(biāo)點(diǎn)位；

步驟2、指令位姿測(cè)量：機(jī)器人按照示教器的指令，對(duì)P1、P2、P3、P4和P5指令位姿響應(yīng)n次，每次響應(yīng)時(shí)記錄此時(shí)的測(cè)量?jī)x的球極坐標(biāo)點(diǎn)位，再通過球極坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換獲取測(cè)量?jī)x的直角坐標(biāo)點(diǎn)位，接著通過兩個(gè)直角坐標(biāo)系的變換，就可以得到機(jī)器人此時(shí)的實(shí)到位姿點(diǎn)位；

步驟3、位姿準(zhǔn)確度、重復(fù)性結(jié)果計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法，其特征在于，坐標(biāo)準(zhǔn)直測(cè)量包括測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)位選取，該測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)位選取包括坐標(biāo)準(zhǔn)直的坐標(biāo)點(diǎn)位選取，位姿測(cè)量的坐標(biāo)點(diǎn)位選取。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法，其特征在于，坐標(biāo)準(zhǔn)直的坐標(biāo)點(diǎn)位選取包括：根據(jù)機(jī)器人的工作空間由C1-C8構(gòu)成機(jī)器人最大空間的立方體，在由C1、C2、C7和C8構(gòu)成的矩形斜平面中選取任意不同的五個(gè)空間點(diǎn)位坐標(biāo)；位姿測(cè)量的坐標(biāo)點(diǎn)位選取包括：根據(jù)機(jī)器人的工作空間，在由C1、C2、C7和C8構(gòu)成的矩形斜平面中選取P1、P2、P3、P4和P5的空間點(diǎn)位坐標(biāo)，并且P2、P3、P4和P5空間點(diǎn)位坐標(biāo)能按順時(shí)針方向構(gòu)成的一個(gè)矩形以及能最大程度的占據(jù)機(jī)器人的工作空間，而P1在P2到P5空間點(diǎn)位所圍成矩形區(qū)域的中心位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法，其特征在于，轉(zhuǎn)換關(guān)系包括首先，三維空間測(cè)量?jī)x采集機(jī)器人末端法蘭盤的球極坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)方位角仰角θ和距離γ數(shù)據(jù)，然后通過球極坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，可以獲取測(cè)量?jī)x的直角坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)，最后，再完成三維空間測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法，其特征在于，

球極坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系(x、y、z)轉(zhuǎn)換公式如下：

z＝γ·cosθ

三維空間測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式如下：

P^t＝RP^r+T

R——旋轉(zhuǎn)矩陣，T——平移矩陣；

P^t——三維空間測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)位；

P^r——機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)位；

任意點(diǎn)P_i坐標(biāo)的矩陣表示：

三維空間測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)位：

機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)位：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法，其特征在于，采用SVD法算出R、T，包括：

(1)機(jī)器人坐標(biāo)系下指令坐標(biāo)點(diǎn)位的點(diǎn)集為：指令坐標(biāo)點(diǎn)位在測(cè)量?jī)x下測(cè)得的實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)位構(gòu)成的點(diǎn)集：

(2)分別計(jì)算機(jī)器人和測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)位點(diǎn)集P^r、P^t的重心，即坐標(biāo)點(diǎn)位點(diǎn)集包含的全部點(diǎn)的坐標(biāo)的平均值，分別為：

(3)將兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)位點(diǎn)集的重心對(duì)齊重合，分別計(jì)算各點(diǎn)集相對(duì)重心的相對(duì)坐標(biāo)構(gòu)成新的點(diǎn)集：

記：為：

記：為：

(4)由坐標(biāo)點(diǎn)位點(diǎn)集構(gòu)造協(xié)矩陣對(duì)協(xié)矩陣進(jìn)行SVD分解：

(5)旋轉(zhuǎn)矩陣即為R_3×3＝VU^T，平移矩陣為T_3×1＝μ_r-Rμ_t，當(dāng)n≥3時(shí)既可求出R矩陣，R的各列為長(zhǎng)度為3的單位向量，且兩兩相互垂直。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人位姿特性中準(zhǔn)確度、重復(fù)性的測(cè)量方法，其特征在于，

位置準(zhǔn)確度(AP_p)計(jì)算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一個(gè)位姿點(diǎn)位重復(fù)循環(huán)n次時(shí)，每個(gè)實(shí)到位姿點(diǎn)位在x、y、z方向上的點(diǎn)集群中心坐標(biāo)，由公式計(jì)算而來，而x_j、y_j、z_j代表第j次循環(huán)運(yùn)行時(shí)記錄到的每個(gè)實(shí)到位姿點(diǎn)位坐標(biāo)，x_c、y_c、z_c是機(jī)器人示教器上提前設(shè)置好的指令坐標(biāo)；

姿態(tài)準(zhǔn)確度(AP_a、AP_b、AP_c)計(jì)算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一個(gè)位姿點(diǎn)位重復(fù)循環(huán)n次時(shí)，n次每個(gè)實(shí)到位姿點(diǎn)位中所得姿態(tài)角的平均值，由公式計(jì)算而來，而a_j、b_j、c_j代表第j次循環(huán)運(yùn)行時(shí)，實(shí)到位姿記錄的實(shí)際姿態(tài)角，a_a、b_b、c_c是機(jī)器人示教器上提前設(shè)置好的指令姿態(tài)角；位置準(zhǔn)確度(AP_p)

位置準(zhǔn)確度計(jì)算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一個(gè)位姿點(diǎn)位重復(fù)循環(huán)n次時(shí)，每個(gè)實(shí)到位姿點(diǎn)位在x、y、z方向上的點(diǎn)集群中心坐標(biāo)，由公式計(jì)算而來，而x_j、y_j、z_j代表第j次循環(huán)運(yùn)行時(shí)記錄到的每個(gè)實(shí)到位姿點(diǎn)位坐標(biāo)，x_c、y_c、z_c是機(jī)器人示教器上提前設(shè)置好的指令坐標(biāo)；

姿態(tài)準(zhǔn)確度(AP_a、AP_b、AP_c)計(jì)算公式如下：

其中是P1、P2、P3、P4和P5中每一個(gè)位姿點(diǎn)位重復(fù)循環(huán)n次時(shí)，n次每個(gè)實(shí)到位姿點(diǎn)位中所得姿態(tài)角的平均值，由公式計(jì)算而來，而a_j、b_j、c_j代表第j次循環(huán)運(yùn)行時(shí)，實(shí)到位姿記錄的實(shí)際姿態(tài)角，a_a、b_b、c_c是機(jī)器人示教器上提前設(shè)置好的指令姿態(tài)角。