本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種多工位機(jī)械臂標(biāo)定裝置的底座標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、目前，對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行標(biāo)定與測(cè)量多采用激光跟蹤儀等測(cè)量設(shè)備，這類設(shè)備通常有μm級(jí)的測(cè)量精度，因此標(biāo)定精度很高，但這類設(shè)備通常十分昂貴，同時(shí)在一些生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于在機(jī)械臂外部均設(shè)有護(hù)欄，無(wú)法提供空曠的標(biāo)定環(huán)境，很容易出現(xiàn)視線遮擋的情況，機(jī)械臂需要拆卸搬運(yùn)到空曠環(huán)境中才能進(jìn)行標(biāo)定，這都將極大地限制其應(yīng)用。

2、現(xiàn)有技術(shù)也存在通過(guò)使用機(jī)械工裝的方式進(jìn)行標(biāo)定，例如中國(guó)發(fā)明專利202110278848.0所描述的一種基于多工位測(cè)量的機(jī)器人標(biāo)定裝置，將3d測(cè)量裝置安裝在不同工位上進(jìn)行測(cè)量，然后再將在不同工位上獲取的測(cè)量點(diǎn)全部換算到同一個(gè)坐標(biāo)系中。但坐標(biāo)系換算的過(guò)程需要將多工位底座上不同工位之間的相對(duì)位姿關(guān)系提前測(cè)量出來(lái)，目前針對(duì)該問(wèn)題尚無(wú)成熟可靠的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種多工位機(jī)械臂標(biāo)定裝置的底座標(biāo)定方法，其使用高精度的外部測(cè)量裝置對(duì)多工位底座進(jìn)行標(biāo)定以獲取不同工位之間的相對(duì)位姿χij，并盡可能提高3d測(cè)量裝置與多工位底座的剛性與重復(fù)裝夾精度，以便于在后續(xù)的測(cè)量過(guò)程中將在不同工位上獲取的測(cè)量點(diǎn)全部高精度地?fù)Q算到同一個(gè)坐標(biāo)系中。

2、為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

3、一種多工位機(jī)械臂標(biāo)定裝置的底座標(biāo)定方法，包括如下步驟：

4、(1)將3d測(cè)量裝置通過(guò)快速鎖緊機(jī)構(gòu)裝夾在多工位底座的第j個(gè)工位上，使用外部測(cè)量裝置在3d測(cè)量裝置上的三個(gè)相互正交的待測(cè)平面上采集測(cè)量點(diǎn)；

5、(2)基于測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)平面擬合得到這三個(gè)待測(cè)平面的擬合平面pi(i＝1，2，3)，然后對(duì)擬合平面pi進(jìn)行偏移，得到偏移平面pi’(i＝1，2，3)，偏移平面pi’(i＝1，2，3)的偏移距離為相應(yīng)的擬合平面pi(i＝1，2，3)到虛擬約束點(diǎn)的距離，使虛擬約束點(diǎn)穿過(guò)所有偏移平面pi’(i＝1，2，3)；

6、(3)分別以三個(gè)偏移平面pi’(i＝1，2，3)作為坐標(biāo)系的xoy、xoz、yoz平面，建立工位坐標(biāo)系{dj}；

7、(4)將3d測(cè)量裝置安裝在其他工位上重復(fù)步驟(1)～步驟(3)，獲得相應(yīng)工位的工位坐標(biāo)系{dj}；

8、(5)計(jì)算得到不同的工位坐標(biāo)系{dj}之間的相對(duì)位姿參數(shù)，完成工位標(biāo)定。一種多工位機(jī)械臂標(biāo)定裝置的底座標(biāo)定方法，包括如下步驟：

9、(1)將3d測(cè)量裝置通過(guò)快速鎖緊機(jī)構(gòu)裝夾在多工位底座的第j個(gè)工位上，使用外部測(cè)量裝置在3d測(cè)量裝置上的三個(gè)相互正交的待測(cè)平面上采集測(cè)量點(diǎn)；

10、(2)基于測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)平面擬合得到這三個(gè)待測(cè)平面的擬合平面pi(i＝1，2，3)；

11、(3)分別以三個(gè)擬合平面pi(i＝1，2，3)作為坐標(biāo)系的xoy、xoz、yoz平面，建立工位坐標(biāo)系{dj}；

12、(4)將3d測(cè)量裝置安裝在其他工位上重復(fù)步驟(1)～步驟(3)，獲得相應(yīng)工位的工位坐標(biāo)系{dj}；

13、(5)計(jì)算得到不同工位坐標(biāo)系{dj}之間的相對(duì)位姿參數(shù)，完成工位標(biāo)定。

14、作為優(yōu)選，所述外部測(cè)量裝置為關(guān)節(jié)式測(cè)量臂、激光跟蹤儀或三坐標(biāo)儀，外部測(cè)量裝置通過(guò)接觸式測(cè)頭或激光測(cè)頭或激光掃描頭進(jìn)行測(cè)量。

15、作為優(yōu)選，所述多工位底座和所述外部測(cè)量裝置固定在同一個(gè)工作臺(tái)面上，在3d測(cè)量裝置的三個(gè)相互正交的待測(cè)平面上分別標(biāo)記n個(gè)點(diǎn)，外部測(cè)量裝置在靠近標(biāo)記點(diǎn)的位置對(duì)待測(cè)平面進(jìn)行坐標(biāo)采集。

16、作為優(yōu)選，當(dāng)外部測(cè)量裝置對(duì)待測(cè)平面采集了n個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)，采用三維測(cè)量軟件進(jìn)行平面擬合，得到3d測(cè)量裝置的三個(gè)相互正交的待測(cè)平面的擬合平面pi(i＝1，2，3)，然后采用三維測(cè)量軟件的坐標(biāo)系創(chuàng)建命令，分別以三個(gè)擬合平面pi(i＝1，2，3)作為坐標(biāo)系的xoy、xoz、yoz平面，建立工位坐標(biāo)系{dj}。

17、作為優(yōu)選，3d測(cè)量裝置的三個(gè)相互正交的待測(cè)平面是傳感器固定座的三個(gè)內(nèi)側(cè)面，采用三維測(cè)量軟件的平面偏移命令對(duì)擬合平面pi(i＝1，2，3)分別進(jìn)行偏移，得到三個(gè)偏移平面pi’(i＝1，2，3)，每個(gè)平面的偏移距離loffset采用如下公式計(jì)算：其中l(wèi)zero是位移傳感器的測(cè)頭處于零位時(shí)，傳感器固定座的內(nèi)側(cè)面到其對(duì)應(yīng)的位移傳感器的測(cè)頭的測(cè)量面的距離，ltarget是當(dāng)陶瓷球處于虛擬約束點(diǎn)時(shí)，每個(gè)位移傳感器的目標(biāo)讀數(shù)，d是陶瓷球的直徑，然后采用三維測(cè)量軟件的坐標(biāo)系創(chuàng)建命令，以三個(gè)偏移平面pi’(i＝1，2，3)作為坐標(biāo)系的xoy、xoz、yoz平面，建立工位坐標(biāo)系{dj}。

18、作為優(yōu)選，對(duì)于步驟(5)，選擇兩個(gè)工位坐標(biāo)系{di}和{dj}，在空間中任意取四個(gè)點(diǎn)，分別以工位坐標(biāo)系{di}為基準(zhǔn)，導(dǎo)出這四個(gè)點(diǎn)在工位坐標(biāo)系{di}中的齊次坐標(biāo)和然后再以工位坐標(biāo)系{dj}為基準(zhǔn)，導(dǎo)出這四個(gè)點(diǎn)在工位坐標(biāo)系{dj}中的齊次坐標(biāo)和并基于如下公式計(jì)算t(χij)，：

19、

20、然后再將t(χij)轉(zhuǎn)換成工位坐標(biāo)系{di}和{dj}之間的6d位姿參數(shù)χij。

21、作為優(yōu)選，所述快速鎖緊機(jī)構(gòu)包括定位組件和夾緊組件，多工位底座上裝設(shè)有第一定位組件和第一夾緊組件，第一定位組件為三角布置的定位銷或定位球、或雙定位銷、或雙定位球、或v型塊，3d測(cè)量裝置的底部設(shè)有與第一定位組件相定位的第二定位組件；第二定位組件為三角布置的定位銷或定位球、或雙定位銷、或雙定位球、或v型塊；所述夾緊組件為夾鉗、螺紋緊固件或卡扣的一種或組合。

22、作為優(yōu)選，3d測(cè)量裝置包括由下至上依次相連的標(biāo)定底座、標(biāo)定連接座、傳感器固定座和位移傳感器；位移傳感器的位移測(cè)量軸線與水平面呈0～90°的夾角，所述位移傳感器設(shè)有三個(gè)，三個(gè)位移傳感器的位移測(cè)量軸線兩兩相互垂直。

23、作為優(yōu)選，傳感器固定座設(shè)有三個(gè)安裝面，三個(gè)位移傳感器垂直安裝在三個(gè)安裝面上，每個(gè)安裝面分別對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)側(cè)面，且在內(nèi)側(cè)面上設(shè)有硬限位，當(dāng)位移傳感器的測(cè)頭向位移傳感器的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)頭撞到硬限位則作為位移傳感器的零位。

24、本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，具有以下有益效果：

25、通過(guò)使用高精度的外部測(cè)量裝置先在3d測(cè)量裝置上建立固聯(lián)的坐標(biāo)系，然后再以這些同3d測(cè)量裝置固聯(lián)的坐標(biāo)系之間相對(duì)位姿χij來(lái)作為不同工位之間的相對(duì)位姿χij，巧妙地完成了對(duì)多工位底座進(jìn)行標(biāo)定，然后再以不同坐標(biāo)系之間的相對(duì)位姿將在不同工位上獲取的測(cè)量點(diǎn)全部高精度地?fù)Q算到同一個(gè)坐標(biāo)系中，實(shí)現(xiàn)大范圍的空間測(cè)量。

26、本發(fā)明采用3d測(cè)量裝置的三個(gè)相互正交的待測(cè)平面是傳感器固定座的三個(gè)內(nèi)側(cè)面作為測(cè)量基準(zhǔn)面，由于傳感器固定座的三個(gè)內(nèi)側(cè)面的表面相對(duì)剛性，在外部測(cè)量裝置的接觸式測(cè)頭的測(cè)量力作用下不易變形，因此測(cè)量精度高；其次，傳感器固定座的三個(gè)內(nèi)側(cè)面是經(jīng)過(guò)精密加工的，具有良好的形狀精度(包括垂直度和平面度)；第三，傳感器固定座的三個(gè)內(nèi)側(cè)面的平面足夠大，可以確保平面擬合的準(zhǔn)確性。