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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910085768.6 (22)申请日 2019.01.29 (71)申请人 合肥中控智科机器人有限公司 地址 230000 安徽省合肥市经济技术开发 区青龙潭路西、 肥光路东、 滨河小区北 出口加工区1栋1216 (72)发明人 谢之凤 (51)Int.Cl. G01B 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种激光自标定实现零点标定的方法 (57)摘要 本发明公开了一种激光自标定实现零点标 定的方法， 所述激光跟踪测长仪为一个单频激光 干涉仪安装在有两个互相垂。
2、直的旋转自由度的 机构中心上的仪器， 所述跟踪仪的反射靶为一个 内部安装了角锥反射镜的球， 角锥的顶点与球心 重合， 激光跟踪仪可以跟踪在空间运动的靶并测 量靶的圆心在跟踪仪旋转中心为原点的极坐标 系中的极坐标， 即原点到靶的中心的距离和两点 连线的两个方向角。 本发明使得激光目标点的实 际位置恰好位于预期位置上， 从而实现激光自标 定的零点标定。 权利要求书1页 说明书3页 CN 109631762 A 2019.04.16 CN 109631762 A 1.一种激光自标定实现零点标定的方法， 其特征在于： 所述激光跟踪测长仪为一个单 频激光干涉仪安装在有两个互相垂直的旋转自由度的机构中心上。
3、的仪器， 所述跟踪仪的反 射靶为一个内部安装了角锥反射镜的球， 角锥的顶点与球心重合， 激光跟踪仪可以跟踪在 空间运动的靶并测量靶的圆心在跟踪仪旋转中心为原点的极坐标系中的极坐标， 即原点到 靶的中心的距离和两点连线的两个方向角。 2.根据权利要求1所述的一种激光自标定实现零点标定的方法， 其特征在于： 包括以下 步骤： a.测量动平台上铰链点的位置。 固定并联机床的一根杆， 使它既不伸缩也不绕任何轴 转动， 即固定该杆在动平台上的铰链点在空间的位置。 将测量平台放到动平台前， 激光跟踪 仪安装到其中一个定位孔上。 测量动平台上安放好三个靶镜， 并设其中一个为靶镜A。 使动 平台运动到某一位置。
4、静止不动， 用激光跟踪仪在三个定位孔上分别检测到三个靶镜的距 离， 由得到的数据可以计算出动平台上三个靶镜中点在测量坐标系中的坐标。 重复上述过 程多次， 选择靶镜A的4个不在同一平面内的坐标。 由空间解析几何知， 已知4个不共面的点P (x， y， z)， i1， 2， 3， 4， 过这4点的球面方程是 X2+Y2+Z2 X Y Z 10 X21+Y21+Z21 X1 Y1 Z1 10 X22+Y22+Z22 X2 Y2 Z2 10 X23+Y23+Z23 X3 Y3 Z3 10 X24+Y24+Z24 X4 Y4 Z4 10 b.由此方程可以得到球心坐标。 所以将上述四点代入球面方程中， 。
5、就可计算出固定的 杆在动平台上的铰链点在测量坐标系中的坐标。 c.测量静平台上铰链点的位置。 现在已知某根杆在动平台上的铰链点的坐标， 每一次 使该杆杆长不变的测量其实是测出了以该杆在静平台上的铰链为圆心， 以固定杆长为半径 的一个球上的点的坐标， 所以圆心和半径都可以求出。 固定某一根杆的杆长， 将该杆的角度 变化四次， 每次都用测得的数据计算出该杆在动平台上铰链点的空间坐标， 代入球面方程 中可以计算出杆在静平台上的铰链点在测量坐标系中的坐标。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 109631762 A 2 一种激光自标定实现零点标定的方法 技术领域 0001 本发明涉及零点标定技术。
6、领域， 具体为一种激光自标定实现零点标定的方法。 背景技术 0002 通常激光的重复定位精度很高(可达0.01mm)， 但绝对定位精度很差(仅几个毫 米)。 如果要使用机器壁的离线编程方法或者是进行高精度测量， 激光的目标点位置精度将 会是一个非常令人关心的问题。 机器人末端执行器的位置一般在其工作空间内描述， 但是 这些位置通过驱动关节电动机获得， 整个过程在角度空间里进行。 因某些原因(例如:机械 加工的精度、 装配误差、 磨损、 传动误差、 负载变化和环境影响等)使得机器人控制器所使用 的运动学模型与真实的运动学模型不一致， 从而导致用机器人内部运动学模型来驱动关节 电动机获得末端执行器。
7、位置时， 得到的激光目标点的实际位置将会偏离预期的位置。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种激光自标定实现零点标定的方法， 以解决上述背景技 术中提出的机器人内部运动学模型来驱动关节电动机获得末端执行器位置时， 得到的激光 目标点的实际位置将会偏离预期的位置问题。 0004 为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种激光自标定实现零点标定的方 法， 所述激光跟踪测长仪为一个单频激光干涉仪安装在有两个互相垂直的旋转自由度的机 构中心上的仪器， 所述跟踪仪的反射靶为一个内部安装了角锥反射镜的球， 角锥的顶点与 球心重合， 激光跟踪仪可以跟踪在空间运动的靶并测量靶的圆心在跟踪仪旋转中。
8、心为原点 的极坐标系中的极坐标， 即原点到靶的中心的距离和两点连线的两个方向角。 0005 优选的， 一种激光自标定实现零点标定的方法， 包括以下步骤： 0006 a.测量动平台上铰链点的位置。 固定并联机床的一根杆， 使它既不伸缩， 也不绕任 何轴转动， 即固定该杆在动平台上的铰链点在空间的位置。 将测量平台放到动平台前， 激光 跟踪仪安装到其中一个定位孔上。 测量动平台上安放好三个靶镜， 并设其中一个为靶镜A。 使动平台运动到某一位置静止不动， 用激光跟踪仪在三个定位孔上分别检测到三个靶镜的 距离， 由得到的数据可以计算出动平台上三个靶镜中点在测量坐标系中的坐标。 重复上述 过程多次， 选。
9、择靶镜A的4个不在同一平面内的坐标。 由空间解析几何知， 已知4个不共面的 点P(x， y， z)， i1， 2， 3， 4， 过这4点的球面方程是 0007 X2+Y2+Z2 X Y Z 10 0008 X21+Y21+Z21 X1 Y1 Z1 10 0009 X22+Y22+Z22 X2 Y2 Z2 10 0010 X23+Y23+Z23 X3 Y3 Z3 10 0011 X24+Y24+Z24 X4 Y4 Z4 10 0012 b.由此方程可以得到球心坐标。 所以将上述四点代入球面方程中， 就可计算出固 定的杆在动平台上的铰链点在测量坐标系中的坐标。 说 明 书 1/3 页 3 CN 1。
10、09631762 A 3 0013 c.测量静平台上铰链点的位置。 现在已知某根杆在动平台上的铰链点的坐标， 每 一次使该杆杆长不变的测量其实是测出了以该杆在静平台上的铰链为圆心， 以固定杆长为 半径的一个球上的点的坐标， 所以圆心和半径都可以求出。 固定某一根杆的杆长， 将该杆的 角度变化四次， 每次都用测得的数据计算出该杆在动平台上铰链点的空间坐标， 代入球面 方程中可以计算出杆在静平台上的铰链点在测量坐标系中的坐标。 0014 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0015 1、 通过测量动平台上铰链点的位置， 然后由球面方程可以得到球心坐标， 从而测 量静平台上铰链点的位置， 由此可。
11、以保证机器人内部运动学模型来驱动关节电动机获得末 端执行器位置时， 使得激光目标点的实际位置恰好位于预期位置上， 从而实现激光自标定 的零点标定。 0016 2、 通过用测得的数据计算出动平台在测量坐标系中的位置， 而该铰链点在测量坐 标系中的坐标可知， 所以在动平台上的位置也就可以计算出来了。 依次对每一根杆使用以 上的方法， 就可以测量出动平台上各铰链点的实际位置。 具体实施方式 0017 本申请实施例通过提供通过测量动平台上铰链点的位置， 然后由球面方程可以得 到球心坐标， 从而测量静平台上铰链点的位置， 由此可以保证机器人内部运动学模型来驱 动关节电动机获得末端执行器位置时， 使得激光。
12、目标点的实际位置恰好位于预期位置上， 从而实现激光自标定的零点标定。 0018 本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题， 总体思路如下： 0019 通过激光跟踪测长仪是将一个单频激光干涉仪安装在有两个互相垂直的旋转自 由度的机构中心上的仪器， 其旋转中心的位置在测量时保持不变。 跟踪仪的反射靶是一个 内部安装了角锥反射镜的球， 角锥的顶点与球心重合。 用激光跟踪仪可以跟踪在空间运动 的靶并测量靶的圆心在以跟踪仪旋转中心为原点的极坐标系中的极坐标， 即原点到靶的中 心的距离和两点连线的两个方向角。 0020 使得激光目标点的实际位置恰好位于预期位置上， 从而实现激光自标定的零点标 定， 通。
13、过用测得的数据计算出动平台在测量坐标系中的位置， 而该铰链点在测量坐标系中 的坐标可知， 所以在动平台上的位置也就可以计算出来了。 依次对每一根杆使用以上的方 法， 就可以测量出动平台上各铰链点的实际位置。 0021 下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实 施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的 范围。 0022 实施例一： 0023 一种激光自标定实现零点标定的方法， 激光跟踪测长仪为一个单频激光干涉仪安 装在有两个互相垂直。
14、的旋转自由度的机构中心上的仪器， 跟踪仪的反射靶为一个内部安装 了角锥反射镜的球， 角锥的顶点与球心重合， 激光跟踪仪可以跟踪在空间运动的靶并测量 靶的圆心在跟踪仪旋转中心为原点的极坐标系中的极坐标， 即原点到靶的中心的距离和两 点连线的两个方向角。 说 明 书 2/3 页 4 CN 109631762 A 4 0024 实施例二 0025 一种激光自标定实现零点标定的方法， 包括以下步骤： 0026 a.测量动平台上铰链点的位置。 固定并联机床的一根杆， 使它既不伸缩， 也不绕任 何轴转动， 即固定该杆在动平台上的铰链点在空间的位置。 将测量平台放到动平台前， 激光 跟踪仪安装到其中一个定位。
15、孔上。 测量动平台上安放好三个靶镜， 并设其中一个为靶镜A。 使动平台运动到某一位置静止不动， 用激光跟踪仪在三个定位孔上分别检测到三个靶镜的 距离， 由得到的数据可以计算出动平台上三个靶镜中点在测量坐标系中的坐标。 重复上述 过程多次， 选择靶镜A的4个不在同一平面内的坐标。 由空间解析几何知， 已知4个不共面的 点P(x， y， z)， i1， 2， 3， 4， 过这4点的球面方程是 0027 X2+Y2+Z2 X Y Z 10 0028 X21+Y21+Z21 X1 Y1 Z1 10 0029 X22+Y22+Z22 X2 Y2 Z2 10 0030 X23+Y23+Z23 X3 Y3 。
16、Z3 10 0031 X24+Y24+Z24 X4 Y4 Z4 10 0032 b.由此方程可以得到球心坐标。 所以将上述四点代入球面方程中， 就可计算出固 定的杆在动平台上的铰链点在测量坐标系中的坐标。 由于可以用测得的数据计算出动平台 在测量坐标系中的位置， 而该铰链点在测量坐标系中的坐标可知， 所以在动平台上的位置 也就可以计算出来了。 依次对每一根杆使用以上的方法， 就可以测量出动平台上各铰链点 的实际位置。 0033 c.测量静平台上铰链点的位置。 现在已知某根杆在动平台上的铰链点的坐标， 每 一次使该杆杆长不变的测量其实是测出了以该杆在静平台上的铰链为圆心， 以固定杆长为 半径的一。
17、个球上的点的坐标， 所以圆心和半径都可以求出。 固定某一根杆的杆长， 将该杆的 角度变化四次， 每次都用测得的数据计算出该杆在动平台上铰链点的空间坐标， 代入球面 方程中可以计算出杆在静平台上的铰链点在测量坐标系中的坐标。 0034 本实施例中， 激光跟踪测长仪是将一个单频激光干涉仪安装在有两个互相垂直的 旋转自由度的机构中心上的仪器， 其旋转中心的位置在测量时保持不变。 跟踪仪的反射靶 是一个内部安装了角锥反射镜的球， 角锥的顶点与球心重合。 用激光跟踪仪可以跟踪在空 间运动的靶并测量靶的圆心在以跟踪仪旋转中心为原点的极坐标系中的极坐标， 即原点到 靶的中心的距离和两点连线的两个方向角。 因。
18、为角度测量的误差比较大， 而且测量点距离 原点越远， 由极坐标计算的直角坐标误差就越大， 所以本文的方法中只使用激光跟踪仪的 测长结果， 然后经测量动平台上铰链点的位置， 然后由球面方程可以得到球心坐标， 从而测 量静平台上铰链点的位置， 由此可以保证机器人内部运动学模型来驱动关节电动机获得末 端执行器位置时， 使得激光目标点的实际位置恰好位于预期位置上， 从而实现激光自标定 的零点标定。 0035 尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 对于本领域的普通技术人员而言， 可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修改、 替换 和变型， 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。 说 明 书 3/3 页 5 CN 109631762 A 5 。