技術領域

本發明涉及機器人工具中心點(Toolcenterpoint,TCP)標定方法，尤其涉及一種利用平面標定板的機器人工具中心點標定方法。

背景技術

機器人工具中心點(Toolcenterpoint,TCP)是與機器人工具固連的工具坐標系的原點，工具實際工作點在工具坐標系中的坐標保持不變。機器人要準確控制工具實際工作點的位置，必須首先獲得工具坐標系原點，即TCP在機器人末端法蘭坐標系中的坐標。

計算TCP在機器人末端法蘭坐標系中坐標的過程稱為機器人工具中心點標定。準確標定機器人TCP是進行離線編程的基礎。

TCP標定的核心是要確定TCP在機器人末端法蘭坐標系中的坐標。傳統的的方法是“4點法”，即讓機器人通過四個不同方位去使機器人TCP與一空間固定點重合，然后利用機器人關節轉角及機器人結構信息去解算TCP坐標。

這種方法的難點在于實現點與點的重合必須由人工操作完成，且需要精細的調整。如對準不準確，很容易出現誤差過大。所以TCP標定非常耗時耗力，影響機器人的工作效率。

專利CN104827480A公開了一種機器人自動標定方法，利用標定板標定傳感器的內在結構參數和相對于世界坐標系的傳感器坐標系；和在已被標定的傳感器的引導下控制機器人以多種不同的姿態將安裝在其上的工具的坐標系的原點精確地移動到同一目標點，并根據機器人在該目標點的位姿數據計算出工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的傳遞矩陣tcpTt。

該方案的問題在于，在進行操作之前，要對標定板標定傳感器進行預先的標定，且該標定工具應具備位置檢測功能，即需要進行預處理，實施步驟較為繁瑣。

專利CN104457645A公開了一種利用二維測量功能平板的機器人工具中心點標定方法，將點點的重合約束弱化為了點面接觸，易于操作，當TCP出現較小偏移時可實現自主標定。

但上述方案要求平板標定工具具備二維測量功能，導致實施的成本較高。

發明內容

本發明提出了一種利用平面標定板的機器人工具中心點標定方法，其目的在于克服現有技術中標定操作復雜，精度不高的問題，通過利用平面精度較高的標定板，來輔助機器人TCP標定工作，降低標定過程中對準的難度，提高標定效率，易于實現標定自動化，同時降低成本。

為了實現上述技術目的，本發明的方案是，

一種利用平面標定板的機器人工具中心點標定方法，包括以下步驟：

步驟一：讓機器人工具中心點即TCP在機器人處于不同姿態下與同一平面接觸，并形成不同的觸點，記錄各觸點在接觸時機器人各關節的轉角以及觸點在機器人世界坐標系中的標定坐標表達式；

步驟二：任選四個觸點為一組，從中兩兩選取觸點組對，且四個觸點至少作為向量端點出現一次，構成在機器人世界坐標系內的三個向量，以三個向量的混合積等于零為條件獲得一個方程；在所選的觸點組中去除一個觸點，并增加一個新觸點，重復上述方法獲得第二個方程；再同樣操作獲得第三個方程；最后求解三個方程構成的方程組，獲得TCP在機器人工具末端法蘭坐標系中的坐標，完成標定；

步驟三：利用標定得到的TCP在機器人工具末端法蘭坐標系中的標定坐標，以及產生觸點時對應的機器人各關節轉角，計算每個觸點在機器人世界坐標系中的標定坐標，采用最小二乘法擬合獲取擬合平面，以多個觸點到所述擬合平面的平均距離作為標定結果的判斷依據，若平均距離小于設定閾值，則表明當前標定結果符合精度要求，否則，需要重新測量新的觸點坐標，重新進行標定，直到標定結果滿足標定精度要求。

所述的一種利用平面標定板的機器人工具中心點標定方法，步驟一中，TCP所接觸的平面為標定板。

所述的一種利用平面標定板的機器人工具中心點標定方法，步驟一中，標定板上設有用于自動檢測TCP是否與標定板接觸的接觸傳感器。

所述的一種利用平面標定板的機器人工具中心點標定方法，步驟一中，觸點在機器人世界坐標系中的坐標表達式由機器人各關節的轉角、機器人自身結構以機器人世界坐標系原點計算獲得，其中包含了待求的TCP在機器人末端法蘭坐標系中的三個坐標。

所述的一種利用平面標定板的機器人工具中心點標定方法，步驟一中，觸點的個數至少為六個。

本發明的技術效果在于，通過利用一個固定的平面，實現機器人TCP的標定，避免了在肉眼觀察、人工控制條件下難以精確實現的點-點重合過程，不需要機器人TCP點多次與同一空間固定點重合，將點-點重合要求弱化為了點-面重合，易于操作。標定所需的設備簡單，只需包含一個精度較高的平面即可。當機器人TCP出現較小偏移時，機器人一般還能夠按照預定的程序確保TCP點與平板工具重合，從而實現自主標定。整個方法操作簡單，構思巧妙，標定精度高，具有較好的推廣作用。結合接觸傳感器，實現接觸過程的自動控制，無需人工干預，實現了高度自動化的標定。

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所使用的機器人與標定板結構示意圖；

其中1為機器人底座，2為6自由度機器人，3為焊槍，4為用作標定工具的平板，5為計算機，6為機器人控制器。

具體實施方式

參見圖1，{F0}為以機器人底座所在空間建立的機器人世界坐標系，{F6}為固定在機器人末端法蘭的機器人末端法蘭坐標系，利用計算機5采集標定板接觸傳感器信號，判斷標定板是否被觸碰。計算機通過網絡與機器人控制器6相連，當標定板出現觸碰信號后，可向機器人發停止運動信號，計算機同時從機器人控制器中讀取機器人轉角關節信息，并完成后續的計算。

Ptcp設為TCP的目標設定點，標定工作的核心即為求出該點在{F6}中的坐標6Ptcp＝{6xtcp，6ytcp，6ztcp}T。該點在機器人世界坐標系{F0}的坐標為0Ptcp＝{0xtcp，0ytcp，0ztcp}T。

本實施例首先將標定板放置于機器人工作空間內，當控制機器人工具上的Ptcp點向標定板上的平面方向運動時，在標定板感知到觸碰后，機器人停止運動。

首先，控制機器人，使機器人工具中心點與標定板上的平面接觸，形成觸點，記錄發生接觸時機器人各關節的轉角以及觸點在機器人世界坐標系中的坐標表達式，然后控制機器人遠離標定板，然后再控制機器人，調整為與上次接觸時不同的姿態，即關節運動位置發生變化之后，再使機器人工具中心點與標定板平面發生接觸，形成不同的觸點，并記錄儀接觸時機器人的關節轉角以及觸點在機器人世界坐標系中的坐標表達式，反復操作以形成多個觸點，其中觸點在世界坐標系中的表達式是根據機器人關節轉角、桿件長度及偏置表達出觸點在與固定空間坐標系中的笛卡爾坐標，計算方法則是通過坐標的齊次變換獲得，這個計算過程是機器人的運動學正解求解，為公知技術；

其中，所述標定板只需滿足平面精度、硬度要求，并固定于機器人工具中心點能夠接觸到的任意位置，其中平面精度與標定所想要達到的目標精度有關，如果目標標定精度高，則應該相應提高平面的精度要求，而硬度要求與機器人末端工具的類型有關，如果工具較硬，則容易劃傷標定板，故標定板的硬度也需相應提高，這里的平面精度和硬度都可在實際標定中，根據現場需要來確定即可；

為了完成后續的計算過程，這里所產生的觸點個數至少為6個；

本實施例中，機器人工具中心點與標定板平面接觸時機器人關節轉角記為：

總結

以上是生活随笔為你收集整理的工业机器人工具中心点标定的意义_一种利用平面标定板的机器人工具中心点标定方法_2015108676182_说明书_专利查询_专利网_钻瓜专利网...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。