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申请/专利权人：天津工业大学

摘要：本发明公开了一种基于拉线式编码器的工业机器人标定与空间位置测量方法，属于工业机器人技术领域，根据工业机器人的几何结构建立工业机器人末端坐标系与工业机器人基坐标系之间的关系；根据示教程序的指令让工业机器人运动到指定位置，并获取工业机器人末端在不同位置时与拉线编码器相连的拉线长度数据；根据获取到的测量数据与拉线编码器的基准点坐标计算出工业机器人末端的空间位置坐标；利用计算出的空间位置坐标对工业机器人几何结构参数进行辨识；根据参数辨识的结果修正工业机器人名义参数，以补偿机器人末端误差，从而提高工业机器人的绝对定位精度，达到测量范围广，成本低，操作方便，结构简单紧凑，抗干扰能力强，对环境要求低的效果。

主权项：1.基于拉线式编码器的工业机器人标定与空间位置测量方法，其特征在于：包括以下步骤：根据工业机器人的几何结构建立工业机器人末端坐标系与工业机器人基坐标系之间的关系；根据示教程序的指令让工业机器人运动到指定位置，并获取工业机器人末端在不同位置时与拉线编码器相连的拉线长度数据；根据获取到的测量数据与拉线编码器的基准点坐标计算出工业机器人末端的空间位置坐标；利用计算出的空间位置坐标对工业机器人几何结构参数进行辨识；根据参数辨识的结果修正工业机器人名义参数，以补偿机器人末端误差，从而提高工业机器人的绝对定位精度；（1）建立工业机器人各个连杆的坐标系，采用经典的D-H模型对工业机器人进行运动学建模，每个杆件有4个参数θi，di，ai，αi，坐标系转换T=RθiTdiTaiRαi的公式如下： （1）其中，θi为关节角，di为关节长度，ai为杆件长度，αi为杆件扭角；工具末端坐标系F6到基坐标系F0的位置转换矩阵为： （2）通过计算可以得到： （3）式中： 上述各式中，si=sinθi，ci=cosθi，sij=sinθi+θj，cij=cosθi+θj；根据式3可知，式3所表示矩阵的前三列前三行代表了工业机器人末端的姿态信息，第四列前三行代表了工业机器人末端的位置信息，从而可以得到工业机器人末端工具相对于工业机器人基坐标系的空间位置，实现工业机器人运动学的正解；（2）三站法即设有三个测量基准点，根据被测点与空间三个基准点的距离即可获得被测点的唯一确定空间位置坐标，三站法测量模型：A、B、C分别为测量系统的三个基准点，三个基站的坐标是已知的，被测点坐标为Qx,y,z，L1、L2、L3分别是通过拉线编码器测得Q点与A、B、C点之间的距离，根据已知量可以推算出被测点Q的位置坐标如下： （4）（3）步骤（1）已经求得工业机器人末端工具相对于工业机器人基坐标系的齐次变换矩阵，可以用，，，来表示几何参数误差，由于这些偏差足够小，因此可以用微分原理建立工业机器人的误差模型，即： （5）写成矩阵形式为： （6）其中，，代表工业机器人末端工具的实际位置，通过步骤（2）可以求得工业机器人末端工具的实际位置，代表工业机器人末端工具的名义位置，是工业机器人的雅克比矩阵，其形式为一个3×24的矩阵，即： （7） 是参数误差矢量： （8）利用全微分的方法建立了工业机器人末端位置误差的数学模型，（4）步骤（3）通过微分方法推导出工业机器人误差模型，可知其误差模型为一个线性方程组，包含三个线性方程，根据示教程序指令让工业机器人运动到不同的指定位置停止，并通过拉线编码器获取工业机器人末端工具中心与传感器基准位置的距离数据，并记录在对应位置时工业机器人各关节角度值，假设有N组工业机器人末端工具中心的真实位置测量数据和其对应的关节角度值，此时对应的运动学参数误差辨识模型为： （9）设工业机器人运动学误差模型要求解的误差参数个数为n个，为求解出误差参数的最小二乘解，N应满足以下关系： （10）移动工业机器人的末端，使其改变位置，通过拉线编码器测得不同位置的拉线长度，获取工业机器人末端位置测量数据和工业机器人关节角数据后，求解出雅克比矩阵J，通过最小二乘参数辨识不断迭代求解获得方程组的精确解；（5）将辨识出的参数补偿到机器人控制器中，完成对工业机器人的标定；上述方法通过标定与测量系统实现，所述标定与测量系统包括依次相连的机器人控制器，待标定的工业机器人，连接杆，拉线编码器，数据采集卡和计算机终端；拉线编码器本体安装于底座上，拉线通过定滑轮引导；三个所述拉线编码器通过三条拉线连接到安装在工业机器人末端法兰盘上的连接杆，三个拉线编码器的基点处于同一个平面且三点不共线，三条拉线的延长线在空间上交于一点；三个所述拉线编码器通过导线连接数据采集卡，所述数据采集卡连接计算机终端；三个所述拉线编码器设有三个测量基准点，根据空间几何模型，被测点与空间三个基准点的距离即可获得被测点的唯一确定空间位置坐标。

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百度查询： 天津工业大学 基于拉线式编码器的工业机器人标定与空间位置测量方法