本發(fā)明屬于工業(yè)機器人領域,具體涉及一種基于三軸磁傳感器的工業(yè)機器人標定裝置及其標定方法。
背景技術:
1、隨著工業(yè)機器人在制造、物流、醫(yī)療等多個領域的廣泛應用,對其精度的要求也日益提高。高精度的定位和操作能力是確保機器人能夠高效完成任務的關鍵。然而,機械制造誤差、裝配誤差以及環(huán)境等多種因素都會導致工業(yè)機器人在實際運行中出現一定的定位偏差。這些誤差不僅影響機器人的工作效率,還可能導致產品質量下降和安全隱患。因此,為了確保工業(yè)機器人在投入使用前能夠達到預期的性能標準,出廠前進行精度標定顯得尤為重要。
2、當前的精度標定方法主要分為非接觸式和接觸式兩種。非接觸式標定方法,如激光跟蹤儀標定,雖然能夠有效提高標定精度,但其設備成本較高,導致在一些預算有限的應用場景中不夠實用。
3、在接觸式標定方面,公開號為cn113146613a和cn118305794a的中國發(fā)明專利申請均提出了基于光柵尺的接觸式標定裝置及方法。此兩種方法雖然能夠提供較為準確的標定結果,但其標定工裝設計較為復雜,不僅加工難度大,而且整體成本較高。并且,接觸式測量還存在測試工具磨損的風險,長期使用過程中可能導致機械部件的損耗,從而影響標定精度。此外,珞石機器人采用一種讓機械臂末端以不同姿態(tài)去碰一個固定尖端的方法進行參數標定。然而,這種方法依賴于操作者用肉眼判斷機器人末端是否處于同一個固定位置,該判斷方式主觀性強,難以保證標定的精度和一致性。
技術實現思路
1、發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種基于三軸磁傳感器的工業(yè)機器人標定裝置及其標定方法,保證了標定的準確性和一致性,且采用非接觸式標定,避免了接觸式標定方法固有的剛性接觸造成的磨損。
2、技術方案:本發(fā)明的一種基于三軸磁傳感器的工業(yè)機器人標定裝置,包括安裝在工業(yè)機器人本體末端的標定夾具,被標定夾具夾緊的標定磁鐵,置于標定磁鐵下方的標定平臺,固定設置在標定平臺上表面用于感知標定磁鐵磁場強度的三軸磁傳感器,與三軸磁傳感器相連接的上位機;所述上位機還與工業(yè)機器人本體連接;
3、所述標定磁鐵用于為三軸磁傳感器提供穩(wěn)定磁場;
4、所述三軸磁傳感器用于感應標定磁鐵的磁場強度,并將磁場強度數值傳輸至上位機;
5、所述上位機用于實時顯示磁場強度數值,并接收來自工業(yè)機器人本體的多組六軸轉角數據,將多組六軸轉角數據帶入工業(yè)機器人本體的運動學模型進行dh參數求解,完成dh參數標定。
6、進一步的,所述三軸磁傳感器通過傳感器數據線與上位機相連接,上位機通過本體數據線與工業(yè)機器人本體連接。
7、進一步的,所述標定夾具采用機械固定式夾具或氣動式夾具。
8、進一步的,所述標定磁鐵選用磁針型、紡錘型、細長圓柱體或細長的長方體結構的標定磁鐵。
9、進一步的,所述三軸磁傳感器所采用的磁傳感器為hall、amr或tmr磁傳感器。
10、基于相同的發(fā)明構思,本發(fā)明的一種基于三軸磁傳感器的工業(yè)機器人標定方法,應用于上述基于三軸磁傳感器的工業(yè)機器人標定裝置,包括:
11、裝配基于三軸磁傳感器的工業(yè)機器人標定裝置;
12、工業(yè)機器人本體各軸開始運動,將標定磁鐵移動至三軸磁傳感器上方2~5mm處,三軸磁傳感器檢測標定磁鐵的磁場強度并傳輸給上位機,將上位機此時顯示的磁場強度數值記為零點,同時讀取并記錄工業(yè)機器人本體此時的六軸旋轉角度;
13、上位機控制工業(yè)機器人本體進行姿態(tài)變換,并微調標定磁鐵位置使得上位機顯示的標定磁鐵的三軸磁場強度均回歸零點,再次讀取并記錄工業(yè)機器人本體的當前六軸旋轉角度值;
14、重復上一步驟,獲得多組工業(yè)機器人本體的六軸旋轉角度值;
15、上位機將記錄的多組工業(yè)機器人本體的六軸旋轉角度值帶入工業(yè)機器人本體運動學模型進行dh參數求解,完成dh參數標定。
16、進一步的,工業(yè)機器人本體各軸開始運動,將標定磁鐵移動至三軸磁傳感器上方2~5mm處,三軸磁傳感器檢測標定磁鐵的磁場強度并傳輸給上位機,將上位機此時顯示的磁場強度數值記為零點,同時讀取并記錄工業(yè)機器人本體此時的六軸旋轉角度,包括:
17、工業(yè)機器人本體各軸開始運動,使得標定磁鐵移動至三軸磁傳感器上方2~5mm處,三軸磁傳感器檢測標定磁鐵的磁場強度并傳輸給上位機,上位機顯示磁場強度數值并將當前顯示的磁場強度數值記為零點,此時標定磁鐵的尖端在世界坐標系中的位置記為點pw(xw,yw,zw),讀取并記錄工業(yè)機器人本體此時的六軸旋轉角度式中,i為機器人本體的旋轉軸序號。
18、進一步的,上位機控制工業(yè)機器人本體進行姿態(tài)變換,并微調標定磁鐵位置使得上位機顯示的標定磁鐵的三軸磁場強度均回歸零點,再次讀取并記錄工業(yè)機器人本體的當前六軸旋轉角度值,包括:
19、上位機控制工業(yè)機器人本體進行姿態(tài)變換,并微調標定磁鐵的位置,當上位機顯示的標定磁鐵的三軸磁場強度均回歸零點時,認為此時標定磁鐵的尖端仍處于點pw(xw,yw,zw)位置,再次讀取并記錄工業(yè)機器人本體的當前六軸旋轉角度
20、
21、進一步的,上位機將記錄的多組工業(yè)機器人本體的六軸旋轉角度值帶入工業(yè)機器人本體運動學模型進行dh參數求解,完成dh參數標定,包括:
22、六軸工業(yè)機器人的d-h模型具有九個坐標系,分別為世界坐標系{w}、基座坐標系{0}、工具坐標系{t}及六軸坐標系{i};不同坐標系之間的轉換通過旋轉和平移得到,因此其齊次變換矩陣為:
23、
24、式中,r表示相對轉角;δ表示相對位移;
25、將工業(yè)機器人本體的各軸dh參數φi=(αi,ai,di,θi)帶入式(1)得到工業(yè)機器人的mdh齊次變換矩陣:
26、
27、式中,αi,ai,di,θ表示機器人本體的dh參數;
28、由于基座固定,因此,世界坐標系{w}等價于基座坐標系{0};又由于標定磁鐵固定在標定夾具上,而標定夾具固定在工業(yè)機器人本體末端法蘭上,因此,標定磁鐵的尖端在第六軸坐標系中的坐標表示為p6(x6,y6,z6),將標定磁鐵(2)的尖端在第六軸坐標系中的坐標p6(x6,y6,z6)轉換為在世界坐標系{w}中的表示,即在基座坐標系{0}中的表示為:
29、
30、式中,x0、y0、z0、x6、y6、z6共6個未知量,ai-1、di共12個未知量,因此,帶入至少18組數據即可解出標定后的ai-1、di值;為保證標定精度,通常取n≥20。
31、進一步的,裝配基于三軸磁傳感器的工業(yè)機器人標定裝置,包括:
32、將標定夾具緊固于工業(yè)機器人本體末端,并夾緊標定磁鐵;將三軸磁傳感器緊固于標定平臺,調整標定平臺位置及高度使其處于工業(yè)機器人本體可標定范圍內;將上位機和三軸磁傳感器相連,將上位機和待標定的工業(yè)機器人本體相連。
33、有益效果:與現有技術相比,本發(fā)明的顯著技術效果如下:
34、本發(fā)明對標定夾具和標定磁鐵無嚴格形狀限制,可使用標準件,制造及使用成本遠低于現有的激光跟蹤儀和光柵式標定設備。
35、本發(fā)明采用靈敏的三軸磁傳感器可以保證不同機械臂姿態(tài)下的標定磁鐵末端均位于同一個固定位置,排除了操作人員的主觀因素干擾,是否處于同一位置由數值給出,保證了標定的準確性和一致性。
36、本發(fā)明采用非接觸式標定,避免了接觸式標定方法固有的剛性接觸造成的磨損,此外,無需剛性接觸也提高了標定人員的操作效率。
37、本發(fā)明在完成dh參數標定的同時也完成了標定磁鐵與標定夾具的標定,即標定結果與標定磁鐵、標定夾具的安裝精度無關,節(jié)省了標定前的準備工作。
38、本發(fā)明的標定裝置設計簡單。