本發(fā)明涉及一種位置標(biāo)定方法，尤其是一種點(diǎn)激光傳感器與機(jī)器人相對(duì)位置的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
激光傳感器是一種利用激光測(cè)距原理進(jìn)行距離測(cè)量的傳感器，作為一種新型的距離測(cè)量?jī)x器，其具有測(cè)量精度高，速度快，可無(wú)接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，可用于三維測(cè)量、逆向工程、機(jī)器人加工等領(lǐng)域。由于點(diǎn)激光傳感器只能獲取激光線測(cè)量處的有限長(zhǎng)度信息，為實(shí)現(xiàn)整體測(cè)量，還必須借助其他高精度測(cè)量平臺(tái)，從而組成測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行物體的整體測(cè)量。多軸式工業(yè)機(jī)器人具有位置精度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)使其成為點(diǎn)激光傳感器的理想搭載平臺(tái)，它與點(diǎn)激光傳感器構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)，可以有效提高激光器的測(cè)量范圍。由于安裝等原因，機(jī)器人與點(diǎn)激光傳感器的位置關(guān)系是未知的，為了實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，在測(cè)量前需要對(duì)機(jī)器人與點(diǎn)激光傳感器位置關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定。
目前常用的標(biāo)定方法有定點(diǎn)法、平面模板法以及球面模板法。其中的定點(diǎn)法雖然算法最簡(jiǎn)單、操作最簡(jiǎn)便，但是由于難以精確控制激光線多次經(jīng)過(guò)空間同一定點(diǎn)(目前主要依靠人眼判定)，標(biāo)定誤差較大(約0.5mm)，導(dǎo)致很少被采用。
psd：位置敏感器件(positionsensitivedetector)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于psd反饋的點(diǎn)激光傳感器與機(jī)器人相對(duì)位置的標(biāo)定方法，該方法通過(guò)psd的位置反饋來(lái)精確控制點(diǎn)激光傳感器的激光線經(jīng)過(guò)空間同一定點(diǎn)，采用點(diǎn)激光傳感器的定點(diǎn)標(biāo)定法，構(gòu)造多組方程解算出點(diǎn)激光傳感器與機(jī)器人的相對(duì)位置關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)激光傳感器的快速、高精度標(biāo)定。
該方法具體包括：
點(diǎn)激光傳感器安裝在機(jī)器人機(jī)械臂末端的法蘭上；機(jī)器人基坐標(biāo)系o1，機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系o2；
設(shè)點(diǎn)激光傳感器原點(diǎn)在機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為x0＝[x0y0z0]t，點(diǎn)激光傳感器射向固定的測(cè)量點(diǎn)的激光線方向在機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系下的方向向量為n＝[nxnynz]t，點(diǎn)激光傳感器與測(cè)量點(diǎn)間的距離為l，機(jī)器人當(dāng)前姿態(tài)為r，t，則測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xt為:
xt＝x0+nl(1)
r表示機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系o2相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系o1的旋轉(zhuǎn)；t表示機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系o2相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系o1的平移；
則測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：
xbi＝ri(x0+nli)+ti(2)
xbi表示第i次測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；li表示第i次測(cè)量時(shí)，點(diǎn)激光傳感器與測(cè)量點(diǎn)間的距離；第i次測(cè)量時(shí)機(jī)器人的姿態(tài)為ri，ti；
當(dāng)點(diǎn)激光傳感器每次射向同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)時(shí)，由于測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)不變，即
xbi＝xb(i+1)(3)
xb(i+1)表示第i+1次測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；上式(3)即：
ri(x0+nli)+ti＝ri+1(x0+nli+1)+ti+1(4)
li+1表示第i+1次測(cè)量時(shí)，點(diǎn)激光傳感器與測(cè)量點(diǎn)間的距離；第i+1次測(cè)量時(shí)機(jī)器人的姿態(tài)為ri+1，ti+1；
保持機(jī)器人姿態(tài)中的r不變，讓機(jī)器人機(jī)械臂帶動(dòng)點(diǎn)激光傳感器器沿著點(diǎn)激光傳感器射向測(cè)量點(diǎn)的激光線方向平動(dòng)使得激光始終打在同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上，上式(4)變?yōu)椋?/p>
r0nli+ti＝r0nli+1+ti+1(5)
r0表示第i次和第i+1次測(cè)量中機(jī)器人姿態(tài)中不改變的r；
其中r0,ti+1,ti從機(jī)器人控制器中直接讀取，li,li+1從點(diǎn)激光傳感器直接獲得；
當(dāng)沿著點(diǎn)激光傳感器射向固定的測(cè)量點(diǎn)的激光線方向，點(diǎn)激光傳感器在兩個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，通過(guò)上式(6)求解得到n；
在已知n的基礎(chǔ)上，改變機(jī)器人姿態(tài)r，t，使得多次測(cè)量時(shí)激光打在同一測(cè)量點(diǎn)上，則：
(ri-ri+1)x0＝ri+1nli+1-rinli+ti+1-ti(7)
當(dāng)有兩組以上機(jī)器人姿態(tài)時(shí)，通過(guò)上式(7)得到線性方程組，求解線性方程組得到x0。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
1)提出了點(diǎn)激光傳感器與機(jī)器人相對(duì)位置的標(biāo)定算法，解決了機(jī)器人搭載點(diǎn)激光傳感器的手眼標(biāo)定問(wèn)題；
2)采用psd的位置反饋來(lái)精確控制點(diǎn)激光傳感器的激光線經(jīng)過(guò)空間同一定點(diǎn)，大大提高了標(biāo)定精度；
3)該標(biāo)定方法操作簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、精度高。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的實(shí)施原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，點(diǎn)激光傳感器安裝在機(jī)器人機(jī)械臂末端的法蘭上；機(jī)器人基坐標(biāo)系o1，機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系o2；
設(shè)點(diǎn)激光傳感器原點(diǎn)在機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為x0＝[x0y0z0]t，點(diǎn)激光傳感器射向固定的測(cè)量點(diǎn)的激光線方向在機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系下的方向向量為n＝[nxnynz]t，點(diǎn)激光傳感器與測(cè)量點(diǎn)間的距離為l，機(jī)器人當(dāng)前姿態(tài)為r，t，則測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xt為:
xt＝x0+nl(1)
r表示機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系o2相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系o1的旋轉(zhuǎn)，其為3x3矩陣；t表示機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系o2相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系o1的平移，為3x1矩陣(列向量)；
則測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：
xbi＝ri(x0+nli)+ti(2)
xbi表示第i次測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；li表示第i次測(cè)量時(shí)，點(diǎn)激光傳感器與測(cè)量點(diǎn)間的距離；第i次測(cè)量時(shí)機(jī)器人的姿態(tài)為ri，ti；
當(dāng)點(diǎn)激光傳感器每次射向同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)時(shí)，由于測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)不變，即
xbi＝xb(i+1)(3)
xb(i+1)表示第i+1次測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；上式(3)即：
ri(x0+nli)+ti＝ri+1(x0+nli+1)+ti+1(4)
li+1表示第i+1次測(cè)量時(shí)，點(diǎn)激光傳感器與測(cè)量點(diǎn)間的距離；第i+1次測(cè)量時(shí)機(jī)器人的姿態(tài)為ri+1，ti+1；
保持機(jī)器人姿態(tài)中的r不變，讓機(jī)器人機(jī)械臂帶動(dòng)點(diǎn)激光傳感器器沿著點(diǎn)激光傳感器射向測(cè)量點(diǎn)的激光線方向平動(dòng)使得激光始終打在同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上，上式(4)變?yōu)椋?/p>
r0nli+ti＝r0nli+1+ti+1(5)
r0表示第i次和第i+1次測(cè)量中機(jī)器人姿態(tài)中不改變的r；
其中r0,ti+1,ti可從機(jī)器人控制器中直接讀取，li,li+1可從點(diǎn)激光傳感器直接獲得；
當(dāng)沿著點(diǎn)激光傳感器射向固定的測(cè)量點(diǎn)的激光線方向(即n方向)，點(diǎn)激光傳感器在兩個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，就可通過(guò)上式(6)求解得到n；
在已知n的基礎(chǔ)上，改變機(jī)器人姿態(tài)r，t，點(diǎn)激光傳感器器的位置和姿態(tài)均改變，使得多次測(cè)量時(shí)激光打在同一測(cè)量點(diǎn)上，則：
(ri-ri+1)x0＝ri+1nli+1-rinli+ti+1-ti(7)
當(dāng)有兩組以上機(jī)器人姿態(tài)時(shí)，通過(guò)上式(7)得到線性方程組，求解線性方程組得到x0。至此，點(diǎn)激光傳感器與機(jī)器人的相對(duì)位置關(guān)系標(biāo)定完畢。
以下為實(shí)際的操作過(guò)程：
1、psd位置傳感器與機(jī)器人基座相對(duì)靜止，機(jī)器人的機(jī)械臂末端夾持一個(gè)點(diǎn)激光傳感器，機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)使激光照射在psd某一點(diǎn)p；
2、從機(jī)器人控制器中讀取機(jī)器人姿態(tài)的r和t，同時(shí)從psd位置傳感器中讀取點(diǎn)p的位置坐標(biāo)，從點(diǎn)激光傳感器讀取距離l；
3、保持機(jī)器人姿態(tài)的r不變，沿機(jī)器人機(jī)械臂末端坐標(biāo)系的z向(即上述點(diǎn)激光傳感器射向固定的測(cè)量點(diǎn)p的激光線方向)移動(dòng)機(jī)器人一段距離，控制機(jī)器臂末端平動(dòng)，通過(guò)psd的位置反饋使點(diǎn)激光傳感器再次照射于p點(diǎn)，從機(jī)器人控制器中讀取機(jī)器人的t，從點(diǎn)激光傳感器讀取距離l；
4、重復(fù)步驟3一次或以上；
5、計(jì)算點(diǎn)激光傳感器激光線的方向向量n；
6、改變機(jī)器人姿態(tài)r、t，通過(guò)psd的位置反饋使激光傳感器器再次照射于p點(diǎn)，從機(jī)器人控制器中讀取機(jī)器人的r、t，從點(diǎn)激光傳感器讀取距離l；
7、重復(fù)步驟6一次或以上；
8、計(jì)算點(diǎn)激光傳感器器的原點(diǎn)x0。
所述步驟3和6可執(zhí)行多次以提高精度。