[發明專利]一種用于六自由度機械臂的精度標定和驗證方法

有效

• 申請號: 202110208592.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112833792B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 申景金;郭家楨;周震宇;張世峰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種用于六自由度機械臂的精度標定和驗證方法，包括以下步驟：標定前準備：獲取理論機器人工具坐標系；獲取實際工具坐標系；獲取機器人基坐標系；定義標定用位形；執行運動學參數辨識；進行標定結果驗證。本發明克服了傳統標定方法僅能獲得機器人真實運動學參數但標定效果不佳的問題。在標定精度的驗證方法上，采用了建立局部坐標系的方法，驗證機械臂到達標定圖案指定位置的到位精度，能直接衡量機器人標定后的效果。

技術領域：

本發明屬于機器人控制標定領域，具體涉及工業自動化軟件控制技術領域，尤其涉及一種用于六自由度機械臂的精度標定和驗證方法。

背景技術

傳統的標定方法需要協同操作機械臂和標定設備，存在設備昂貴、占地體積大以及標定效率較低、耗時長等問題。且常常需要專業的人員進行操作。并且需要使用配套的軟件或使用第三方軟件，例如Robot DK，軟件的采購價格高昂。

為此亟需一種高效易用的機器人標定方法。工業機器人的精度依賴對于機器人運動學參數的估計和辨識。機器人能夠實現航空航天精密裝配的先決條件是具有較高的位置精度，通常指精度達到正負0.5mm范圍內。較為具體的，機器人在執行任務過程中，執行第一個目標位置的時候，絕對精度必須達到正負0.5mm。且在執行后續任務時，絕對定位精度必須能達到正負0.5mm。由于實際生產過程中，機器人與待加工物體配件的位置關系是可變和不確定的，僅有很高的重復定位精度不能滿足實際要求。在某些與視覺系統協同工作的場景中，機器手需要抓取的目標位置有可能發生變化。為了提高機械臂局部工作區域與全局工作區域的精度，使用外部測量系統(例如激光跟蹤儀)來記錄機器人的運動，實現了機器人TCP的閉環反饋。但是布置機器人測量設備需要額外的空間，且在實際生產環境中，可能由于立柱、板件等阻擋，限制了機器人活動空間和激光跟蹤儀的測量和裝配空間。故在實際生產應用中，離線標定的使用更為廣泛。

發明內容

本發明為了克服現有技術不足而提出一種可以提高機器人運動學精度的標定和驗證方法。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于六自由度機械臂的精度標定和驗證方法，包括如下步驟：

(1)標定前準備：標定前安放機械臂和測量設備，滿足環境要求；

(2)獲取理論機器人工具坐標系：

21)使用磁性適配器，把激光跟蹤儀靶球固定在機器人末端執行器尖端，通過調整靶球的朝向，保證測量全程中不改變靶球的位置，機械臂靶球的所有位置都被激光跟蹤儀完全記錄；

22)操作機器人第五、第六關節的運動，每運動1mm采樣一次，激光跟蹤儀記錄下機器人所運動的點的軌跡，并對采集到的數據進行一系列的處理。

23)通過圓點分析法辨識出第五、第六關節的軸線，進一步建立機器人的坐標系；

(3)獲取實際工具坐標系：

31)將靶球的磁性適配器取下；

32)操作機械臂，使得第五、第六關節回到原點，0度位置；

33)把靶球放在機器人實際六軸末端執行器尖端，使用激光跟蹤儀測量靶球坐標；

34)把靶球放在機器人實際六軸法蘭盤上，在法蘭盤平板上一共放置3次，使用激光跟蹤儀分別測量靶球坐標，建立參考平面；

35)根據激光跟蹤儀測量結果，通過三個點的坐標，建立測量參考平面；將步驟33)中獲得的靶球坐標向步驟34)獲得的參考平面投影；投影得到的點即為機器人工具坐標系原點，故可以進一步獲得機器人實際工具坐標系參考坐標系；

36)將得到的實際機器人工具坐標系傳入機器人控制器；

(4)獲取機器人基坐標系：對第一、第二關節使用圓點分析法來獲取機器人基坐標系；