[發明專利]一種基于線激光測量儀的機器人末端工具偏置標定方法

有效

• 申請號: 202110690712.0
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113334383B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 楊吉祥;林俊哲;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

1.一種基于線激光測量儀的機器人末端工具偏置標定方法，其特征在于，包括：

S1，按照設計軌跡，使末端工具進行連續的直線運動和旋轉運動；其中，所述末端工具為與加工工具的直徑相同的圓棒，且在所述旋轉運動的起點和終點處進行抬刀；并通過線激光測量儀采集末端工具運動過程中的直線軌跡的深度數據和抬刀運動時的深度數據；根據所述抬刀運動時的深度數據確定所述旋轉運動的起點和終點；

S2，根據所述直線軌跡的深度數據確定圓棒的精確直徑，并基于所述精確直徑得到末端工具運動過程中圓棒圓心在線激光坐標系下的位置坐標(x_i，y_i)，以確定旋轉運動的起點和終點處圓棒圓心P_a和P_a'的位置坐標；

S3，基于P_a和P_a'的位置坐標及所述旋轉運動的旋轉角度，確定旋轉中心點處圓棒圓心P_m的位置坐標，將P_m投影至直線運動軌跡上，計算P_m到投影點的距離Δx及投影點至P_a的距離Δy；將末端工具的初始偏置x_io，y_io分別與Δx，Δy疊加，得到末端工具的偏置；

所述直線軌跡的深度數據為M行N列矩陣；

各行有N_i個直線軌跡的深度數據在圓棒橫截面范圍內，N_i≤N，所述圓棒的精確直徑D為N_i與數據間隔Δl乘積的最大值；

所述基于所述精確直徑得到末端工具運動過程中圓棒圓心在線激光坐標系下的位置坐標(x_i，y_i)，具體為：

其中，D為圓棒的精確直徑，l_i＝Δl·N_i，l_i'＝Δl·N_i'，N_i'為靠近線激光坐標系原點一側、不在圓棒橫截面范圍內的直線軌跡或抬刀運動時的深度數據個數。

2.如權利要求1所述的基于線激光測量儀的機器人末端工具偏置標定方法，其特征在于，所述按照設計軌跡使末端工具進行連續的直線運動和旋轉運動之前，還包括：

獲取末端工具的設計軌跡在線激光坐標系下的離散刀位點并將其變換至機器人基坐標系下；

標定末端工具的初始偏置(x_io，y_io，z_io)，基于機器人基坐標系下的離散刀位點及所述初始偏置生成機器人可識別的末端工具的設計軌跡代碼。

3.如權利要求2所述的基于線激光測量儀的機器人末端工具偏置標定方法，其特征在于，根據工具軸方向矢量由線激光坐標系到機器人基坐標系的變換矩陣對所述離散刀位點進行坐標變換，得到機器人基坐標系下的離散刀位點。

4.如權利要求2所述的基于線激光測量儀的機器人末端工具偏置標定方法，其特征在于，采用尖點工具三點法標定機器人末端工具的初始偏置(x_io，y_io，z_io)。

5.一種基于線激光測量儀的機器人末端工具偏置標定系統，其特征在于，包括：

控制和采集模塊，按照設計軌跡，使末端工具進行連續的直線運動和旋轉運動；其中，所述末端工具為與加工工具的直徑相同的圓棒，且在所述旋轉運動的起點和終點處進行抬刀；并通過線激光測量儀采集末端工具運動過程中的直線軌跡的深度數據和抬刀運動時的深度數據；根據所述抬刀運動時的深度數據確定所述旋轉運動的起點和終點；

圓棒圓心位置坐標確定模塊，用于根據所述直線軌跡的深度數據確定圓棒的精確直徑，并基于所述精確直徑得到末端工具運動過程中圓棒圓心在線激光坐標系下的位置坐標(x_i，y_i)，以確定旋轉運動的起點和終點處圓棒圓心P_a和P_a'的位置坐標；

偏置確定模塊，用于基于P_a和P_a'的位置坐標及所述旋轉運動的旋轉角度，確定旋轉中心點處圓棒圓心P_m的位置坐標，將P_m投影至直線運動軌跡上，計算P_m到投影點的距離Δx及投影點至P_a的距離Δy；將末端工具的初始偏置x_io，y_io分別與Δx，Δy疊加，得到末端工具的偏置；

所述直線軌跡的深度數據為M行N列矩陣；

各行有N_i個直線軌跡的深度數據在圓棒橫截面范圍內，N_i≤N，所述圓棒的精確直徑D為N_i與數據間隔Δl乘積的最大值；

所述基于所述精確直徑得到末端工具運動過程中圓棒圓心在線激光坐標系下的位置坐標(x_i，y_i)，具體為：

其中，D為圓棒的精確直徑，l_i＝Δl·N_i，l_i'＝Δl·N_i'，N_i'為靠近線激光坐標系原點一側、不在圓棒橫截面范圍內的直線軌跡或抬刀運動時的深度數據個數。