本發(fā)明屬于關(guān)節(jié)型、并聯(lián)型等工業(yè)機(jī)器人精度、性能測(cè)量評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著智能生產(chǎn)線、無人工廠的出現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人由搬運(yùn)、噴涂、焊接等常規(guī)應(yīng)用逐漸拓展到自動(dòng)裝配、尺寸檢測(cè)、精密加工等精密作業(yè)中，比如飛機(jī)裝配過程中利用工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精密鉚接工藝，其對(duì)位姿特性要求越來越高。

工業(yè)機(jī)器人的位姿包括其機(jī)械接口的位置和姿態(tài)，其中機(jī)械接口位置以其工具中心點(diǎn)位置表示，姿態(tài)為工業(yè)機(jī)器人機(jī)械接口先后繞Z軸、Y軸、X軸旋轉(zhuǎn)的角度。

工業(yè)機(jī)器人姿態(tài)測(cè)量設(shè)備主要分為直接測(cè)量設(shè)備和組合測(cè)量設(shè)備。直接測(cè)量設(shè)備包括內(nèi)部編碼、多陀螺儀等，組合測(cè)量設(shè)備包括激光跟蹤儀、高精度攝影機(jī)。其中，直接測(cè)量法主要依賴于機(jī)器人的重復(fù)性定位精度，由于其測(cè)量過程引入系統(tǒng)誤差，降低了測(cè)量系統(tǒng)精度，使得直接測(cè)量設(shè)備很難滿足工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量精度要求；在組合測(cè)量設(shè)備中，高精度攝影機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人姿態(tài)測(cè)量需多臺(tái)設(shè)備配合，因此該系統(tǒng)對(duì)設(shè)備間協(xié)同性要求較高，同時(shí)其測(cè)量結(jié)果受攝像機(jī)分辨率和數(shù)據(jù)處理算法精度影響，并且在較長測(cè)量距離下很難滿足10微米測(cè)量精度要求；激光跟蹤儀因測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在機(jī)器人位姿測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但其需配合位姿測(cè)量模型才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人位姿態(tài)測(cè)量，而現(xiàn)有測(cè)量模型需迭代算法求解，因此存在數(shù)據(jù)處理誤差大、耗時(shí)長等缺點(diǎn)。

亟需充分地利用激光跟蹤儀的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人位姿的直接求解，設(shè)計(jì)一種具有低測(cè)量不確定度的、簡(jiǎn)單有效的工業(yè)機(jī)器人位姿直接求解測(cè)量裝置和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置，本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法。

本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是：所述的四靶球組合測(cè)量裝置包括激光跟蹤儀與控制器連接電纜、激光跟蹤儀三角架、激光跟蹤儀、配重塊、激光跟蹤儀控制器、四靶球測(cè)量裝置；所述的激光跟蹤儀通過激光跟蹤儀三角架固定支撐；所述的激光跟蹤儀控制器通過激光跟蹤儀與控制器連接電纜與激光跟蹤儀連接；所述的計(jì)算機(jī)通過控制器與計(jì)算機(jī)連接電纜與激光跟蹤儀控制器連接；所述的配重塊為圓柱體，配重塊與待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)器接口固定連接，為待測(cè)的工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)試提供所需的額定負(fù)載；所述四靶球測(cè)量裝置與配重塊固定連接；

所述的四靶球測(cè)量裝置包括靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ；所述的靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ為具有磁性的金屬器件；所述的靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ通過磁力分別與靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ緊固連接；所述的靶座Ⅰ、靶座Ⅱ、靶座Ⅲ、靶座Ⅳ分別與配重塊的連接；所述的靶球Ⅰ的球心位于工業(yè)機(jī)器人工具中心點(diǎn)，靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ均布于圓心在配重塊軸線上的圓上。

所述的激光跟蹤儀發(fā)射的激光對(duì)準(zhǔn)四靶球測(cè)量裝置中靶球球心，進(jìn)行四靶球測(cè)量裝置中靶球坐標(biāo)測(cè)量。

本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法，其特點(diǎn)是，所述的四靶球組合測(cè)量方法，包括以下步驟：

S1、通過待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的控制器，將靶球Ⅰ球心設(shè)置為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人工具中心點(diǎn)；

S2、通過待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的控制器，采用離線編程或者示教方式設(shè)置待測(cè)工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行起點(diǎn)與終點(diǎn)處的位置和姿態(tài)；

S3、控制待測(cè)工業(yè)機(jī)器人按照設(shè)定程序依次通過起點(diǎn)與終點(diǎn)，并使其停留時(shí)間達(dá)到激光跟蹤儀對(duì)靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量所需時(shí)間；

S4、利用激光跟蹤儀對(duì)靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，分別得到靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，并通過激光跟蹤儀控制器將靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)傳遞給計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)中的工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程，進(jìn)行待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的位置和姿態(tài)求解。

所述的工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程，包括以下步驟：

F1、利用靶球Ⅰ位于待測(cè)工業(yè)機(jī)器人工具中心點(diǎn)性質(zhì)，將靶球Ⅰ的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)作為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的位置坐標(biāo)，進(jìn)行待測(cè)工業(yè)機(jī)器人位置的直接測(cè)量，得到待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的位置；

F2、利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造虛擬點(diǎn)Ⅰ的起點(diǎn)坐標(biāo)，利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的終點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造虛擬點(diǎn)Ⅰ的終點(diǎn)坐標(biāo)，虛擬點(diǎn)Ⅰ位于靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ所在圓的圓心；

F3、將虛擬點(diǎn)Ⅰ的起點(diǎn)坐標(biāo)在靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的起點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的平面的法向方向平移，構(gòu)建虛擬點(diǎn)Ⅱ的起點(diǎn)坐標(biāo)；將虛擬點(diǎn)Ⅰ的終點(diǎn)坐標(biāo)在靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ的終點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的平面上平移，構(gòu)建虛擬點(diǎn)Ⅱ的終點(diǎn)坐標(biāo)；

F4、利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ與虛擬點(diǎn)Ⅱ的相對(duì)坐標(biāo)構(gòu)建姿態(tài)計(jì)算所需測(cè)量矩陣A：

其中，(x_{起點(diǎn)，靶球Ⅱ}, y_{起點(diǎn)，靶球Ⅱ}, z_{起點(diǎn)，靶球Ⅱ})、(x_{起點(diǎn)，靶球Ⅲ}, y_{起點(diǎn)，靶球Ⅲ}, z_{起點(diǎn)，靶球Ⅲ})、(x_{起點(diǎn)，靶球Ⅳ}, y_{起點(diǎn)，靶球Ⅳ}, z_{起點(diǎn)，靶球Ⅳ})、(x_{起點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, y_{起點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, z_{起點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ})為靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、虛擬點(diǎn)Ⅱ的起點(diǎn)坐標(biāo)；

F5、在獲得測(cè)量矩陣A基礎(chǔ)上，利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、虛擬點(diǎn)Ⅱ的終點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的姿態(tài)進(jìn)行直接求解：

其中，R_x、R_y、R_z為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的姿態(tài)，A_ij為測(cè)量矩陣A的余子式，(x_{終點(diǎn),靶球2}, y_{終點(diǎn),靶球2}, z_{終點(diǎn),靶球2})、(x_{終點(diǎn),靶球3}, y_{終點(diǎn),靶球3}, z_{終點(diǎn),靶球3})、(x_{終點(diǎn),靶球4}, y_{終點(diǎn),靶球4}, z_{終點(diǎn),靶球4})、(x_{終點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, y_{終點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, z_{終點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ})為靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ、虛擬點(diǎn)Ⅱ的終點(diǎn)坐標(biāo)。

本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置及方法包括工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量硬件、工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量流程、工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程；所述的工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量硬件按照工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量流程的指示進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果傳輸至工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人位姿的直接解算，最后得到低測(cè)量不確定度的工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量結(jié)果。

本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置及方法具體包括激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)、配重塊、四靶球測(cè)量組合裝置、工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量流程、工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程。配重塊提供了工業(yè)機(jī)器人測(cè)試所需額定負(fù)載。四靶球測(cè)量組合裝置包括靶球Ⅰ、靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ，其中靶球Ⅰ的球心位于待測(cè)工業(yè)機(jī)器人工具中心點(diǎn)，靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ均布于圓心在配重塊軸線上的圓上。工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量流程規(guī)定了靶球坐標(biāo)測(cè)量規(guī)范、工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行規(guī)范。工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程利用靶球Ⅰ位于工業(yè)機(jī)器人工具中心點(diǎn)的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了位置測(cè)量；利用靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ，實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)測(cè)量。

本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置及方法可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、低測(cè)量不確定度的工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)量，能夠廣泛應(yīng)用于位姿測(cè)量領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置中的四靶球測(cè)量裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法中的待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的起點(diǎn)位置測(cè)量結(jié)果；

圖4為本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法中的待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的終點(diǎn)位置測(cè)量結(jié)果；

圖5為本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法中的待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的起點(diǎn)姿態(tài)測(cè)量結(jié)果；

圖6為本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法中的待測(cè)工業(yè)機(jī)器人的終點(diǎn)姿態(tài)測(cè)量結(jié)果。

圖中，1.激光跟蹤儀與控制器連接電纜 2.激光跟蹤儀三角架 3.激光跟蹤儀 4.靶球Ⅱ 5.靶球Ⅲ 6.靶球Ⅰ 7.靶球Ⅳ 8.配重塊 9.待測(cè)工業(yè)機(jī)器人 10.工業(yè)機(jī)器人安裝基座 11. 激光跟蹤儀控制器 12.控制器與計(jì)算機(jī)連接電纜 13.計(jì)算機(jī) 14.靶座Ⅱ 15.靶座Ⅰ 16.靶座Ⅳ 17.靶座Ⅲ 18.虛擬點(diǎn)Ⅰ 19.虛擬點(diǎn)Ⅱ；

虛線為靶球Ⅱ、靶球Ⅲ、靶球Ⅳ所在平面的平移法向量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置包括激光跟蹤儀與控制器連接電纜1、激光跟蹤儀三角架2、激光跟蹤儀3、配重塊8、激光跟蹤儀控制器11、四靶球測(cè)量裝置；所述的激光跟蹤儀3通過激光跟蹤儀三角架2固定支撐；所述的激光跟蹤儀控制器11通過激光跟蹤儀與控制器連接電纜1與激光跟蹤儀3連接；所述的計(jì)算機(jī)13通過控制器與計(jì)算機(jī)連接電纜12與激光跟蹤儀控制器11連接；所述的配重塊8為圓柱體，配重塊8與待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的機(jī)器接口固定連接，為待測(cè)的工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)試提供所需的額定負(fù)載；所述四靶球測(cè)量裝置與配重塊8固定連接；

如圖2所示，所述的四靶球測(cè)量裝置包括靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16為具有磁性的金屬器件；所述的靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7通過磁力分別與靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16緊固連接；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16分別與配重塊8的連接；所述的靶球Ⅰ6的球心位于工業(yè)機(jī)器人9工具中心點(diǎn)，靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7均布于圓心在配重塊8軸線上的圓上。

所述的激光跟蹤儀3發(fā)射的激光對(duì)準(zhǔn)四靶球測(cè)量裝置中靶球球心，進(jìn)行四靶球測(cè)量裝置中靶球坐標(biāo)測(cè)量。

本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法包括以下步驟：

S1、通過待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的控制器，將靶球Ⅰ6球心設(shè)置為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9工具中心點(diǎn)；

S2、通過待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的控制器，采用離線編程或者示教方式設(shè)置待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9在運(yùn)行起點(diǎn)與終點(diǎn)處的位置和姿態(tài)；

S3、控制待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9按照設(shè)定程序依次通過起點(diǎn)與終點(diǎn)，并使其停留時(shí)間達(dá)到激光跟蹤儀3對(duì)靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量所需時(shí)間；

S4、利用激光跟蹤儀3對(duì)靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，分別得到靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，并通過激光跟蹤儀控制器11將靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)傳遞給計(jì)算機(jī)13，利用計(jì)算機(jī)13中的工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程，進(jìn)行待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的位置和姿態(tài)求解。

所述的工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程，包括以下步驟：

F1、利用靶球Ⅰ6位于待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9工具中心點(diǎn)性質(zhì)，將靶球Ⅰ6的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)作為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的位置坐標(biāo)，進(jìn)行待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9位置的直接測(cè)量，得到待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的位置；

F2、利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造虛擬點(diǎn)Ⅰ18的起點(diǎn)坐標(biāo)，利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的終點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造虛擬點(diǎn)Ⅰ18的終點(diǎn)坐標(biāo)，虛擬點(diǎn)Ⅰ18位于靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7所在圓的圓心；

F3、將虛擬點(diǎn)Ⅰ18的起點(diǎn)坐標(biāo)在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的平面的法向方向平移，構(gòu)建虛擬點(diǎn)Ⅱ19的起點(diǎn)坐標(biāo)；將虛擬點(diǎn)Ⅰ18的終點(diǎn)坐標(biāo)在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的終點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的平面上平移，構(gòu)建虛擬點(diǎn)Ⅱ19的終點(diǎn)坐標(biāo)；

F4、利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7與虛擬點(diǎn)Ⅱ19的相對(duì)坐標(biāo)構(gòu)建姿態(tài)計(jì)算所需測(cè)量矩陣A：

其中，（x_{起點(diǎn)，靶球Ⅱ}, y_{起點(diǎn)，靶球Ⅱ}, z_{起點(diǎn)，靶球Ⅱ}）、（x_{起點(diǎn)，靶球Ⅲ}, y_{起點(diǎn)，靶球Ⅲ}, z_{起點(diǎn)，靶球Ⅲ}）、（x_{起點(diǎn)，靶球Ⅳ}, y_{起點(diǎn)，靶球Ⅳ}, z_{起點(diǎn)，靶球Ⅳ}）、（x_{起點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, y_{起點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, z_{起點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}）為靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虛擬點(diǎn)Ⅱ19的起點(diǎn)坐標(biāo)；

F5、在獲得測(cè)量矩陣A基礎(chǔ)上，利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虛擬點(diǎn)Ⅱ19的終點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的起點(diǎn)姿態(tài)和終點(diǎn)姿態(tài)進(jìn)行直接求解：

其中，R_x、R_y、R_z為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的姿態(tài)，A_ij為測(cè)量矩陣A的余子式，（x_{終點(diǎn),靶球2}, y_{終點(diǎn),靶球2}, z_{終點(diǎn),靶球2}）、（x_{終點(diǎn),靶球3}, y_{終點(diǎn),靶球3}, z_{終點(diǎn),靶球3}）、（x_{終點(diǎn),靶球4}, y_{終點(diǎn),靶球4}, z_{終點(diǎn),靶球4}）、（x_{終點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, y_{終點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}, z_{終點(diǎn)，虛擬點(diǎn)Ⅱ}）為靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虛擬點(diǎn)Ⅱ19的終點(diǎn)坐標(biāo)。

實(shí)施例1

一種工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置，包括如下：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量裝置包括激光跟蹤儀與控制器連接電纜1、激光跟蹤儀三角架2、激光跟蹤儀3、配重塊8、激光跟蹤儀控制器11、四靶球測(cè)量裝置；所述的激光跟蹤儀3通過激光跟蹤儀三角架2固定支撐；所述的激光跟蹤儀控制器11通過激光跟蹤儀與控制器連接電纜1與激光跟蹤儀3連接；所述的計(jì)算機(jī)13通過控制器與計(jì)算機(jī)連接電纜12與激光跟蹤儀控制器11連接；所述的配重塊8為圓柱體，配重塊8與待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的機(jī)器接口固定連接，為待測(cè)的工業(yè)機(jī)器人位姿測(cè)試提供所需的額定負(fù)載；所述四靶球測(cè)量裝置與配重塊8固定連接；

所述的四靶球測(cè)量裝置包括靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16為具有磁性的金屬器件；所述的靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7通過磁力分別與靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16緊固連接；所述的靶座Ⅰ15、靶座Ⅱ14、靶座Ⅲ17、靶座Ⅳ16分別與配重塊8的連接；所述的靶球Ⅰ6的球心位于工業(yè)機(jī)器人9工具中心點(diǎn)，靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7均布于圓心在配重塊8軸線上的圓上。

所述的激光跟蹤儀3發(fā)射的激光對(duì)準(zhǔn)四靶球測(cè)量裝置中靶球球心，進(jìn)行四靶球測(cè)量裝置中靶球坐標(biāo)測(cè)量。

一種工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法，包括以下步驟：

S1、通過待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的控制器，將靶球Ⅰ6球心設(shè)置為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9工具中心點(diǎn)；

S2、通過待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的控制器，采用離線編程或者示教方式設(shè)置待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9在運(yùn)行起點(diǎn)與終點(diǎn)處的位置和姿態(tài)，其中待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9起點(diǎn)處的位置和姿態(tài)分別設(shè)置為（-200mm，-1000mm，-400mm）和（0^o, 0^o, 0^o），待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9終點(diǎn)處的位置和姿態(tài)分別設(shè)置為（-600mm，-600mm, 0mm）和（20^o, 3^o, 9^o）；

S3、控制待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9按照設(shè)定程序依次通過起點(diǎn)與終點(diǎn)，并使其停留時(shí)間達(dá)到激光跟蹤儀3對(duì)靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量所需時(shí)間；例如在S2步驟設(shè)置下，待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9在起點(diǎn)處和終點(diǎn)處的停留時(shí)間設(shè)置為30s；

S4、利用激光跟蹤儀3對(duì)靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)分別為（-199.998mm，-1000.068mm，399.923mm）、（-225.864mm，-983.984mm，470.512mm）、（-187.887mm，-1071.060mm，366.643mm）、（-182.328mm，-939.622mm，352.337mm），靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的終點(diǎn)坐標(biāo)分別為（-600.292mm，-599.086mm，1.56mm）、（-624.011mm，-611.717mm，73.205mm）、（-578.237mm，-650.995mm，-53.955mm）、（-595.122mm，-523.514mm，-22.795mm），并通過激光跟蹤儀控制器11將靶球Ⅰ6、靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)傳遞給計(jì)算機(jī)13，利用計(jì)算機(jī)13中的工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程，進(jìn)行待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的位置和姿態(tài)求解。

所述的工業(yè)機(jī)器人位姿求解流程，包括以下步驟：

F1、利用靶球Ⅰ6位于待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9工具中心點(diǎn)性質(zhì)，將靶球Ⅰ6的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)作為待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的位置坐標(biāo)，進(jìn)行待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9位置的直接測(cè)量，得到待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置分別如圖3、圖4所示；根據(jù)圖3、圖4可知，待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置的誤差分別為0.081mm和1.567mm，待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置測(cè)量結(jié)果在x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、z坐標(biāo)上的測(cè)量不確定度分別為（0.005mm, 0.004mm, 0.006mm）、（0.004mm, 0.004mm, 0.005mm），因此利用本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法所獲得的待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9起點(diǎn)處和終點(diǎn)處的位置誤差具備較高的穩(wěn)定性。

F2、利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造虛擬點(diǎn)Ⅰ18的起點(diǎn)坐標(biāo)為（-198.693mm，-998.222mm，396.4973mm），利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的終點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造虛擬點(diǎn)Ⅰ18的起點(diǎn)坐標(biāo)為（-599.123mm，-595.409mm，-1.182mm）；

F3、將虛擬點(diǎn)Ⅰ18的起點(diǎn)坐標(biāo)在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的起點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的平面的法向方向平移10mm，構(gòu)建虛擬點(diǎn)Ⅱ19的起點(diǎn)坐標(biāo)為（189.307mm，-998.244mm，399.947mm）；將虛擬點(diǎn)Ⅰ18的終點(diǎn)坐標(biāo)在靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7的終點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的平面上平移10mm，構(gòu)建虛擬點(diǎn)Ⅱ19的終點(diǎn)坐標(biāo)為（-589.680mm，-594.955mm，2.077mm）。

F4、利用起點(diǎn)處靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7與虛擬點(diǎn)Ⅱ19的相對(duì)坐標(biāo)構(gòu)建姿態(tài)計(jì)算所需測(cè)量矩陣A：

F5、在獲得測(cè)量矩陣A基礎(chǔ)上，利用靶球Ⅱ4、靶球Ⅲ5、靶球Ⅳ7、虛擬點(diǎn)Ⅱ19的終點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的起點(diǎn)姿態(tài)和終點(diǎn)姿態(tài)進(jìn)行直接求解，待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的起點(diǎn)姿態(tài)測(cè)量結(jié)果如圖5所示，待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9的終點(diǎn)姿態(tài)測(cè)量結(jié)果如圖6所示；根據(jù)圖5、圖6可知，待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9起點(diǎn)姿態(tài)和終點(diǎn)姿態(tài)的誤差分別為0.009^o和0.453^o，待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9起點(diǎn)姿態(tài)測(cè)量結(jié)果和終點(diǎn)姿態(tài)測(cè)量結(jié)果在繞x軸、繞y軸、繞z軸上的測(cè)量不確定度分別為（0.003^o, 0.005^o, 0.005^o）、（0.002^o, 0.002^o, 0.001^o），因此利用該方法所獲待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9終點(diǎn)姿態(tài)誤差具備較高的可信度。

綜上可知，本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人位姿的四靶球組合測(cè)量方法具備小于等于0.006mm的位置測(cè)量不確定度和0.005^o的姿態(tài)測(cè)量不確定度，同時(shí)具備待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9位姿的直接求解功能，使得待測(cè)工業(yè)機(jī)器人9位姿的測(cè)量過程簡(jiǎn)單、可靠。

本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施方式，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。