便携式六轴机械手标定装置及其标定方法.pdf

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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 201911342593.9 (22)申请日 2019.12.23 (71)申请人 芜湖哈特机器人产业技术研究院有 限公司 地址 241000 安徽省芜湖市鸠江区电子产 业园E座1层 (72)发明人 王飞阳庄金雷陈盟曹雏清 高云峰 (74)专利代理机构 芜湖安汇知识产权代理有限 公司 34107 代理人 张巧婵 (51)Int.Cl. B25J 19/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种便携式六轴机械手标定装置及其标定 方法 (57。

2、)摘要 本发明公开了一种便携式六轴机械手标定 装置， 机械手端部设置标定传感装置； 标定装置 设有固定安装的标定球装置， 标定球固定安装在 标定球装置上； 标定传感装置上设置四个或四个 以上的激光位移传感器， 通过激光位移传感器获 取标定球球心在机械手处于不同位置和姿态下 的坐标参数。 本发明还公开了该标定装置的标定 方法。 采用上述技术方案， 示教点的确定方式简 单、 省时省力； 采用非接触式测量， 激光位移传感 器工作范围大， 不会对标定设备造成损伤； 机械 手可在工作空间的较大范围内对标定球进行测 量； 同时， 也因为激光位移传感器的工作距离较 大， 使标定球装置在机械手工作空间内的摆放。

3、更 加容易。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 110978059 A 2020.04.10 CN 110978059 A 1.一种便携式六轴机械手标定装置， 所述的机械手(1)端部设置标定传感装置(2)， 其 特征在于： 所述的标定装置设有标定球装置(3)， 标定球(31)固定安装在所述的标定球装置 (3)上； 所述的标定传感装置(2)上设置四个或四个以上的激光位移传感器， 通过激光位移 传感器获取标定球(31)球心在机械手(1)处于不同位置和姿态下的坐标参数。 2.按照权利要求1所述的便携式六轴机械手标定装置， 其特征在于： 所述的标定传感装 置(2)设有连接柱(202)和连接盘。

4、(204)， 所述的连接柱(202)的一端通过一个连接法兰 (201)与机械手端部法兰固定连接， 另一端通过另一个连接法兰(203)与连接盘(204)同轴 固定连接； 所述的激光位移传感器安装在连接盘(204)朝向标定球(31)的面上。 3.按照权利要求2所述的便携式六轴机械手标定装置， 其特征在于： 当所述的激光位移 传感器为四个时， 其中三个激光位移传感器(209、 210、 211)各通过一个方形固定板(205、 206、 207)安装在连接盘(204)上， 且沿着连接盘(204)的圆周方向三等分均布； 一个激光位 移传感器(212)通过L形固定板(208)安装在连接盘(204)上。 4。

5、.按照权利要求1所述的便携式六轴机械手标定装置， 其特征在于： 所述的标定球(31) 通过标定球连接柱(32)固定安装在标定球装置(3)的底板(33)上； 所述的底板(33)在标定 过程中分别固定于机械手工作空间中的多个不同位置上。 5.按照权利要求1至4中任一项所述的便携式六轴机械手标定装置的标定方法， 其特征 在于： 所述的标定方法设定一个标定传感装置(2)的统一坐标系S； 在操作机械手(1)、 使多 个激光位移传感器瞄准摆放在机械手(1)工作空间内的标定球(31)时， 根据多个激光位移 传感器的读数， 以及已知的标定球(31)的半径， 计算出标定球(31)球心在标定球装置(2)统 一坐标。

6、系S下的三维坐标参数。 6.按照权利要求5所述的便携式六轴机械手标定装置的标定方法， 其特征在于： 所述的 标定方法的具体过程是： 1)、 将所述的标定传感装置(2)固定安装在机械手末端法兰上； 2)、 将所述的标定球装置(3)固定安装在机械手(1)的工作空间内； 3)、 操作机械手(1)， 使标定传感装置(2)上的多个激光位移传感器的激光束均能够打 在标定球(31)上； 同时， 确保标定球(31)处于所有激光位移传感器的工作距离内； 此时， 记 录所有激光位移传感器的读数， 根据标定球(31)的半径， 计算标定球(31)的球心在统一坐 标系S下的坐标， 同时记录机械手(1)关节角位置； 4)。

7、、 保持标定球装置(3)不动， 再次操作机械手(1)， 使机械手(1)处于其他关节位置， 且 同样使所有激光位移传感器的激光束能够打在标定球(31)上， 记录此时所有激光位移传感 器的读数， 计算此时标定球(31)的球心在统一坐标系S下的坐标， 同时记录机械手(1) 关节 角位置； 5)、 根据两次测量标定球(31)球心的机械手(1)的关节角位置， 以及建立的机械手运动 学模型， 可以建立从机械手基坐标系B到标定传感装置(2)统一坐标系S的转换关系， 并可将 求出的标定球(31)球心从标定传感装置(2)的S坐标系转换至机械手基坐标系B下的坐标； 因为两次测量的标定球(1)球心坐标在机械手基坐标。

8、系B下的描述是不变的， 因此可建立三 个坐标转换等式； 6)、 更改标定球装置(3)在机械手(1)工作空间内的位置共m次， 重复进行步骤3)、 步骤 4)和步骤5)， 则可建立3m个坐标转换等式； 通过设定的数据处理方法， 即可计算出机械手 权利要求书 1/2 页 2 CN 110978059 A 2 (1)的模型参数。 7.按照权利要求6所述的便携式六轴机械手标定装置的标定方法， 其特征在于： 只需重 复m次数足够大， 使3m大于模型参数个数。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110978059 A 3 一种便携式六轴机械手标定装置及其标定方法 技术领域 0001 本发明属于关节式机械手标。

9、定设备的技术领域。 更具体地， 本发明涉及一种便携 式六轴机械手标定装置， 应用于一般关节型机械手的几何模型参数的标定。 本发明还涉及 该标定装置的标定方法。 背景技术 0002 一、 机械手标定的相关技术发展背景介绍： 0003 1、 机械手的误差主要来自两方面： 0004 其一， 几何误差： 主要是由于机械手在加工制造过程中存在的制造和装配误差导 致， 以及后期机械手运行过程中存在的磨损等导致， 几何误差与机械手的负载和运动无关； 0005 其二， 非几何误差： 主要是由机械手连杆变形、 关节屈服变形、 齿轮间隙、 摩擦等原 因导致， 非几何误差与机械手的负载和运动有关； 上述两方面的误差。

10、导致机械手实际运动 学模型与理想运动学模型之间存在偏差， 最终导致机械手末端产生位姿误差。 0006 2、 非几何误差因为与机械手的负载和运动相关， 是变化的， 且其误差产生机理较 为复杂， 一般难以确定误差模型； 而几何误差与机械手负载和运动无关， 只与机械手的运动 学参数和关节位置相关， 可较容易地建立误差模型， 并辨识模型参数， 对于机械手来说， 如 果只考虑其几何误差， 通过一定方式辨识机械手的真实运动学模型参数的过程， 即为机械 手的几何模型标定。 0007 3、 对机械手进行几何模型标定， 可提升机械手的绝对精度， 对机械手生产者来说， 也可作为制造质量的检验参考。 0008 4、。

11、 传统的机械手标定装置主要分为两类： 0009 其一， 坐标测量机： 使用坐标测量机标定机械手， 需要借助特殊设计的装置安装于 机械手的末端法兰， 此装置上一般包含有若干个标志物(如球体)， 通过坐标测量机测量此 装置上标志物组合在坐标测量机坐标系下的位置或者位姿； 当机械手到达不同关节位置 时， 通过坐标测量机测量得到末端装置标志物组合的位置或位姿， 通过设定的数据处理方 法即可标定出机械手的运动学参数； 0010 其二， 激光跟踪仪： 使用激光跟踪仪标定机械手， 需要借助靶球， 需将靶球安装于 机械手末端， 当机械手到达不同关节位置时， 通过激光跟踪仪测量得到靶球在激光跟踪仪 坐标系下的位。

12、置， 某些激光跟踪仪还配有位姿测量配套装置， 也可将此装置安装于机械手 末端， 此时当机械手处于不同关节位置时， 激光跟踪仪可以测量出机械手末端配套装置的 位姿， 同样， 通过设定的数据处理方法即可标定出机械手的运动学参数。 0011 5、 现有技术的缺点： 传统的机械手标定装置虽然可提供的工作空间较大， 但是设 备笨重、 昂贵， 不便携且使用方法非常复杂， 本创造发明提供一种便携式的易用的关节式机 械手标定设备。 0012 二、 检索现有技术的相关文献情况： 0013 1 、 中 国 专 利 文 献 ： 一 种 基 于 三 维 力 传 感 器 的 工 业 机 器 人 标 定 装 置 说明书 。

13、1/8 页 4 CN 110978059 A 4 (201720566859.8)， 其技术方案是： 该标定装置包括标定测量组件和标定球组件， 标定测量 组件安装在机器人末端法兰上， 标定球组件固定在机器人工作空间内， 其中， 标定测量组件 包括有连接底板， 固定安装在所述连接底板一端的三维力传感器， 以及通过螺栓固定安装 在所述三维力传感器上端的测量球结构， 所述连接底板的另一端形成有用于与所述机器人 末端法兰相连接的法兰安装结构； 标定球组件包括有固定底座， 固定安装在所述固定底座 上端的连接件， 以及通过螺栓固定安装在所述连接件上端且与测量球结构相对应的标定球 结构。 该专利文献认为其技。

14、术方案结构简单、 标定方法操作步骤简单、 标定精度高。 0014 2 、 中 国 专 利 文 献 ： 一 种 工 业 机 器 人 测 量 末 端 靶 球 快 速 定 位 装 置 (201720526966.8)， 其技术方案是： 该快速定位装置包括标定板以及过渡盘， 标定板的正面 具有至少三个台阶面， 在标定板的正面设有至少4个用于安装靶球基座的定位孔， 所有定位 孔中至少3个定位孔分别位于三个台阶面上； 过渡盘包括连接部一及连接部二， 连接部一通 过装置连接固定件一与标定板连接固定， 连接部二通过装置连接固定件二与机器人的法兰 盘连接固定。 该专利文献认为其技术方案通过不同靶球基座定位孔的组。

15、合， 可以采集多组 数据， 有效提高了采集数据的质量， 有利于提高测试精度， 避免了传统平面型标定板可能出 现的奇异点问题。 0015 3 、 中 国 专 利 文 献 ： 一 种 用 于 工 业 机 械 手 位 置 标 定 的 三 维 定 位 装 置 (201710185981.5)， 其技术方案是： 该定位装置包括立柱基座、 立柱丝杠组件X轴组件、 Y轴 组件等， X轴组件与Y轴组件分别固定在立柱丝杠组件与立柱基座上， X轴上Z轴直线滑台模 组与Y轴上Z轴直线滑台模组上的红色与绿色激光发射器发射激光， 从而实现对机械手指定 位置的坐标标定。 该专利文献认为， 与此前传统方法相比， 其技术方案。

16、在定位的过程中不需 要在机械手末端增加额外的装置， 形象直观， 操作简单， 成本低， 安装方便。 0016 三、 最接近的现有技术存在的问题： 0017 1、 对机械手进行标定时示教点的确定较为困难， 示教繁琐费力。 如专利文献 “一种 基于三维力传感器的工业机器人标定装置(201720566859.8)” 记载的： 确定示教点时要求 测量球与标定球进行接触， 因为两个球的接触是点接触， 因此判断两个球的具体接触情况 是较为困难的； 0018 2、 设别使用中损耗大， 使用寿命短。 如专利文献 “一种基于三维力传感器的工业机 器人标定装置(201720566859.8)” 记载的： 在确定示教。

17、点时需要确保测量球和标定球接触， 而此时机械手处于运动状态， 因此测量球和标定球之间存在一些不可控的碰撞冲击， 会对 标定设备的寿命产生一定的损耗； 0019 3、 标定设备在机械手工作空间不易安置。 如专利文献 “一种基于三维力传感器的 工业机器人标定装置(201720566859.8)” 记载的： 为了在机器人工作空间的较大范围内标 定机器人的运动学参数， 同时测量标定球的方式为接触式， 因此在布置标定球时可能需要 支架设备， 以使标定球可处于机械手整个工作空间的不同区域； 0020 4、 标定过程复杂， 操作繁琐。 如专利文献 “一种用于工业机械手位置标定的三维定 位装置(2017101。

18、85981.5)” 记载的： 在获得每一个机械手末端指定位置的三维坐标的过程 中， 需要进行以下步骤： 操作定位设备进行机械手运动前的零点标定， 操作机械手运动至某 一关节位置， 操作定位设备进行机械手运动后的坐标标定， 整个过程过于繁琐； 0021 5、 标定设备系统复杂， 误差易累积， 系统可靠性差。 如专利文献 “一种用于工业机 说明书 2/8 页 5 CN 110978059 A 5 械手位置标定的三维定位设备(201710185981.5)” 中记载的： 定位设备含有多个运动轴(X 轴、 Y轴和Z轴)， 还需通过控制三个轴的运动判断两个激光发射器对机械手末端的照射情 况， 多轴系统，。

19、 误差容易累积。 发明内容 0022 本发明提供一种便携式六轴机械手标定装置， 其目的是使机械手的标定装置便 捷、 易用。 0023 为了实现上述目的， 本发明采取的技术方案为： 0024 本发明的便携式六轴机械手标定装置， 所述的机械手端部设置标定传感装置， 所 述的标定装置设有标定球装置， 标定球固定安装在所述的标定球装置上； 所述的标定传感 装置上设置四个或四个以上的激光位移传感器， 通过激光位移传感器获取标定球球心在机 械手处于不同位置和姿态下的坐标参数。 0025 所述的标定传感装置设有连接柱和连接盘， 所述的连接柱的一端通过一个连接法 兰与机械手端部法兰固定连接， 另一端通过另一个。

20、连接法兰与连接盘同轴固定连接； 所述 的激光位移传感器固定安装在连接盘上， 所述的激光位移传感器与连接柱在连接盘上的安 装面相反。 0026 当所述的激光位移传感器为四个时， 其中三个激光位移传感器各通过一个方形固 定板安装在连接盘上， 且沿着连接盘的圆周方向三等分均布； 一个激光位移传感器通过L形 固定板安装在连接盘上。 0027 所述的标定球通过标定球连接柱固定安装在标定球装置的底板上； 所述的底板在 标定过程中分别固定于机械手工作空间中的多个不同位置上。 0028 为了实现与上述技术方案相同的发明目的， 本发明还提供以上所述的便携式六轴 机械手标定装置的标定方法， 其技术方案是： 002。

21、9 所述的标定方法设定一个标定传感装置的统一坐标系S； 在操作机械手、 使多个激 光位移传感器瞄准摆放在机械手工作空间内的标定球时， 根据多个激光位移传感器的读 数， 以及已知的标定球的半径r， 计算出标定球球心在标定球装置统一坐标系S下的三维坐 标参数(x， y， z)。 0030 所述的标定方法的具体过程是： 0031 1、 将所述的标定传感装置2固定安装在机械手末端法兰上； 0032 2、 将所述的标定球装置3固定安装在机械手的工作空间内； 0033 3、 操作机械手， 使标定传感装置上的多个激光位移传感器的激光束均能够打在标 定球上； 同时， 确保标定球处于所有激光位移传感器的工作距离。

22、内； 此时， 记录所有激光位 移传感器的读数， 根据标定球的半径r， 计算标定球的球心在统一坐标系S下的坐标， 同时记 录机械手关节角位置； 0034 4、 保持标定球装置不动， 再次操作机械手， 使机械手处于其他关节位置， 且同样使 所有激光位移传感器的激光束能够打在标定球上， 记录此时所有激光位移传感器的读数， 计算此时标定球31的球心在统一坐标系S下的坐标， 同时记录机械手关节角位置； 0035 5、 根据两次测量标定球球心的机械手1的关节角位置， 以及建立的机械手运动学 模型， 可以建立从机械手基坐标系B到标定传感装置统一坐标系S的转换关系， 并可将求出 说明书 3/8 页 6 CN 。

23、110978059 A 6 的标定球球心从标定传感装置的S坐标系转换至机械手基坐标系B下的坐标； 因为两次测量 的标定球球心坐标在机械手基坐标系B下的描述是不变的， 因此可建立三个坐标转换等式； 0036 6、 更改标定球装置在机械手工作空间内的位置共m次， 重复进行步骤3、 步骤4和步 骤5， 则可建立3m个坐标转换等式； 通过设定的数据处理方法， 即可计算出机械手的模型参 数； 0037 只需重复m次数足够大， 使3m大于模型参数个数。 0038 本发明采用上述技术方案， 在机械手标定时， 示教点的确定方式简单， 示教省时省 力； 由于采用非接触式测量， 且标定装置中的激光位移传感器工作范。

24、围大， 只需4个激光位 移传感器的激光束同时照射在标定球上即可， 因此示教点的确定非常简单； 正常使用不会 因为机械手的运动速度过快触碰等因素导致对标定设备造成损伤； 单次摆放标定球装置， 机械手可在工作空间的较大范围内对标定球进行测量； 同时， 也因为激光位移传感器的工 作距离较大， 使标定球装置在机械手工作空间内的摆放更加容易一些， 甚至不需要支架设 备； 整个标定过程操作简单， 只需摆放标定球装置以及操作机械手即可， 整体操作简单方 便。 附图说明 0039 附图所示内容及图中的标记简要说明如下： 0040 图1为本发明的总体结构示意图； 0041 图2为本发明的标定传感装置结构示意图；。

25、 0042 图3为本发明的激光位移传感器的分布示意图； 0043 图4为本发明的标定球安装连接示意图。 0044 图中标记为： 0045 1、 机械手， 2、 标定传感装置， 3、 标定球装置； 0046 201、 连接法兰， 202、 连接柱， 203、 连接法兰， 204、 连接盘， 205、 方形固定板， 206、 方 形固定板， 207、 方形固定板， 208、 L形固定板， 209、 激光位移传感器， 210、 激光位移传感器， 211激光位移传感器， 212激光位移传感器； 0047 31、 标定球， 32、 标定球连接柱， 33、 底板。 具体实施方式 0048 下面对照附图， 。

26、通过对实施例的描述， 对本发明的具体实施方式作进一步详细的 说明， 以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、 技术方案有更完整、 准确和深入的理 解。 0049 一、 如图1至图4所示本发明的结构： 0050 本发明为一种便携式六轴机械手标定装置， 解决机械手运动学参数标定问题。 所 述的机械手1端部设置标定传感装置2。 0051 为了克服现有技术的缺陷， 实现使机械手的标定装置便捷、 易用的发明目的， 本发 明采取的技术方案为： 0052 如图1所示， 本发明的便携式六轴机械手标定装置设有标定球装置3， 标定球31固 定安装在所述的标定球装置3上； 所述的标定传感装置2上设置四个或四个以上。

27、的激光位移 说明书 4/8 页 7 CN 110978059 A 7 传感器， 通过激光位移传感器获取标定球31球心在机械手1处于不同位置和姿态下的坐标 参数。 0053 为本发明为机械手标定提供一种便携、 易用的标定设备。 其主要包括： 机械手1、 标 定传感装置2和标定球装置3。 0054 采用上述技术方案的有益效果： 0055 1、 在标定时， 示教点的确定方式简单， 示教省时省力； 0056 2、 由于采用非接触式测量， 且标定装置中的激光位移传感器工作范围大， 只需4个 激光位移传感器的激光束同时照射在标定球上即可， 因此示教点的确定非常简单； 0057 3、 正常使用时， 不会因为。

28、机械手的运动速度过快等因素导致对标定设备造成寿命 损伤； 0058 4、 单次摆放标定球装置， 机械手可在工作空间的较大范围内对标定球进行测量； 同时， 也因为激光位移传感器的工作距离较大， 使标定球装置在机械手工作空间内的摆放 更加容易一些， 甚至不需要支架设备； 0059 5、 整个标定过程操作简单， 只需摆放标定球装置以及操作机械手即可， 整体操作 简单方便。 0060 二、 标定传感装置2如图2所示： 0061 标定传感装置2主要由连接法兰201、 连接柱202、 连接法兰203、 连接盘204、 方形固 定板205、 方形固定板206、 方形固定板207、 L形固定板208、 激光位。

29、移传感器209、 激光位移传 感器210、 激光位移传感器211和激光位移传感器212组成。 0062 标定传感装置2的组成结构的连接方式： 0063 所述的标定传感装置2设有连接柱202和连接盘204， 所述的连接柱202的一端通过 一个连接法兰201与机械手端部法兰固定连接， 另一端通过另一个连接法兰203与连接盘 204同轴固定连接； 所述的激光位移传感器固定安装在连接盘204上。 0064 所述的激光位移传感器安装在连接盘204朝向标定球31的面上 0065 标定传感装置2中各结构及作用分别为： 0066 1、 连接法兰201： 其上沿圆周方向布置有通孔， 通过螺栓与机械手1法兰连接，。

30、 且与 机械手1法兰连接的连接面中心上设有沉孔， 通过此沉孔与连接柱202连接； 0067 2、 连接柱202： 上下两个圆柱端面上均设有螺栓孔， 上端面通过螺栓孔与连接法兰 201连接， 下端面通过螺栓孔与连接法兰203连接； 0068 3、 连接法兰203： 其上沿圆周方向布置有通孔， 通过螺栓与连接盘204连接， 且与连 接盘204连接的连接面中心上设有沉孔， 通过此沉孔与连接柱202连接； 0069 4、 连接盘204， 其上表面中心区域沿圆周方向设有螺纹孔， 通过此螺纹孔与连接法 兰203连接， 其沿圆周方向存在3个盘辐， 每一个盘辐上设有通孔， 通过此通孔与下方的方形 固定板205。

31、、 方形固定板206和方形固定板207连接； 同时， 连接盘204中心附近区域也设有相 同通孔， 以使连接盘中心附近下方通过此通孔连接一个L形固定板208。 0070 三、 激光位移传感器的安装结构如图3所示： 0071 当所述的激光位移传感器为四个时， 其中三个激光位移传感器209、 激光位移传感 器210、 激光位移传感器211各通过一个方形固定板205、 方形固定板206、 方形固定板207安 装在连接盘204上， 且沿着连接盘204的圆周方向三等分均布； 一个激光位移传感器212通过 说明书 5/8 页 8 CN 110978059 A 8 L形固定板208安装在连接盘204上。 00。

32、72 激光位移传感器安装结构及作用分别为： 0073 1、 方形固定板： 包括方形固定板205、 方形固定板206和方形固定板207： 其上侧面 上设有螺纹孔， 用于与连接盘204的三个盘辐连接， 其主面上设有通孔， 用于分别与激光位 移传感器209、 激光位移传感器210和激光位移传感器211连接； 0074 2、 L形固定板208： 其侧板上设有螺纹孔， 用于与连接盘204连接， 其主板上设有通 孔， 用于与激光位移传感器212连接； 0075 3、 激光位移传感器： 包括激光位移传感器209、 激光位移传感器210、 激光位移传感 器211和激光位移传感器212， 其侧面有两个用于固定的。

33、螺纹孔， 其中激光位移传感器209、 激光位移传感器210和激光位移传感器211用于分别与方形固定板205、 方形固定板206和方 形固定板207连接， 激光位移传感器212与L形固定板208连接。 0076 四、 标定球装置如图4所示： 0077 标定球装置3主要由三部分组成： 标定球31、 标定球连接柱32和底板33。 所述的标 定球31通过标定球连接柱32固定安装在标定球装置3的底板33上； 所述的底板33在标定过 程中分别固定于机械手工作空间中的多个不同位置上。 0078 标定球装置的结构及作用分别为： 0079 1、 标定球31： 标定球31表面必须具备一定的球面度和表面粗糙度， 同。

34、时半径r已 知， 另外其下方设有螺纹孔， 用于与标定球连接柱32连接； 0080 2、 标定球连接柱32： 标定球连接柱32上方的螺纹用于与标定球连接， 下方的螺纹 用于与底板33连接， 上方螺纹与标定球连接柱的主体部分连接处有锥面进行过渡； 0081 3、 底板33： 底板33中心处设有螺纹孔， 用于连接标定球连接柱32， 另外， 底板33四 角设有光孔， 用于固定整个标定球装置。 0082 五、 本发明的便携式六轴机械手标定装置的标定方法， 其技术方案是(以四个激光 位移传感器为例)： 0083 标定传感装置2组装固定完成后， 可对四个激光位移传感器默认坐标系之间的关 系进行标定。 008。

35、4 设定一个标定传感装置2的统一坐标系S； 当操作机械手1、 使四个激光位移传感器 瞄准摆放在机械手1工作空间内的标定球31时， 根据4个激光位移传感器的读数(d1， d2， d3， d4)， 以及已知的标定球31的半径r， 可计算出标定球球心在标定球装置2统一坐标系S下的 三维位置(x， y， z)。 0085 统一坐标系S可设置在4个激光位移传感器中的任一个的默认坐标系处， 也可设置 在其他任意位置。 0086 所述的标定方法的具体过程是： 0087 1、 将所述的标定传感装置2固定安装在机械手末端法兰上； 0088 2、 将所述的标定球装置3固定安装在机械手1的工作空间内； 0089 3。

36、、 操作机械手1， 使标定传感装置2上的四个激光位移传感器的激光束均能够打在 标定球31上； 同时， 确保标定球31同时在四个激光位移传感器的工作距离内； 此时， 记录四 个激光位移传感器的读数(d1， d2， d3， d4)， 根据标定球31的半径r， 计算标定球球心在统一 坐标系S下的坐标， 同时记录机械手关节角位置(a1， a2， a3， a4， a5， a6)； 说明书 6/8 页 9 CN 110978059 A 9 0090 4、 保持标定球装置3不动， 再次操作机械手1， 使机械手处于其他关节位置， 且同样 使四个激光位移传感器的激光束能够打在标定球31上， 记录此时四个激光位移。

37、传感器的读 数， 计算此时标定球31的球心在统一坐标系S下的坐标， 同时记录机械手1关节角位置； 0091 5、 根据两次测量标定球31球心的机械手1的关节角位置， 以及建立的机械手运动 学模型， 可以建立从机械手基坐标系B到标定传感装置2统一坐标系S的转换关系， 并可将求 出的标定球31球心坐标从标定传感装置2的S坐标系转换至机械手基坐标系B下的坐标； 因 为两次测量的标定球1球心坐标在机械手基坐标系B下的描述是不变的， 因此可建立三个坐 标转换等式； 0092 6、 更改标定球装置3在机械手1工作空间内的位置共m次， 重复进行步骤3、 步骤4和 步骤5， 则可建立3m个坐标转换等式； 通过。

38、设定的数据处理方法， 即可计算出机械手1的模型 参数； 0093 只需重复m次数足够大， 使3m大于模型参数个数。 0094 六、 本发明与现有技术公开文献的对比分析： 0095 1 、 关于现有技术文献 ： 一种基于三维力传感器的工业机器人标定装置 (201720566859.8)； 本发明与其获取辅助标定物的局部三维位置的方式不同， 应用的传感 器不同。 0096 该技术文献是基于三维力传感器获取辅助标定物的局部三维坐标， 具体依靠测量 球触碰标定球， 根据检测得到的三维力信号， 计算标定球球心在测量球局部坐标系下的三 维坐标； 而本发明是借助4个激光位移传感器， 根据4个激光位移传感器的。

39、距离读数， 计算标 定球球心在激光位移传感器统一坐标系下的三维坐标。 0097 在该技术文献中， 检测标定球球心的三维坐标采用的是接触式方法； 而本发明是 检测标定球球心的三维坐标采用的是非接触式方法。 0098 2 、 关 于 现 有 技 术 文 献 ： 一 种 工 业 机 器 人 测量 末 端 靶 球 快 速 定 位 装 置 (201720526966.8)； 该技术文献主要用于固定激光跟踪仪的靶球， 必须和激光跟踪仪设备 配套使用以实现机械手的标定； 而本发明是一整套完备的用于机械手运动学参数标定的标 定设备。 0099 3、 关于现有技术文献 ： 一种用于工业机械手位置标定的三维定位装。

40、置 (201710185981.5)； 该技术文献通过所属定位装置中的两个激光发射器以及X轴、 Y轴和Z轴 的运动， 显式地计算机械手末端指定位置在外部测量坐标系下的三维位置； 而本发明并未 显式计算指定位置(标定球球心)在外部坐标系下的三维位置， 只需建立关于此三维位置的 约束等式。 0100 该技术文献的标定精度主要取决于所属定位装置各轴(X轴、 Y轴和Z轴)的移动精 度； 而本发明的标定精度主要取决于激光位移传感器的精度。 0101 七、 本发明的技术创新点和技术关键点总结： 0102 1、 采用4个激光位移传感器确定固定的标定球球心的三维坐标， 采用4个激光位移 传感器是确定一个标定球。

41、球心的最小数量， 相对于激光跟踪仪和坐标测量机等测量设备， 系统简单， 成本低、 便携性强、 安装方便； 0103 2、 采用4个激光位移传感器确定固定的标定球球心的三维坐标， 确定标定示教点 的方式更简单， 只需4个激光位移传感器的激光束同时打在标定球上即可， 示教简单， 操作 说明书 7/8 页 10 CN 110978059 A 10 方便； 0104 3、 采用4个激光位移传感器的规格可变， 标定球1的半径r可变， 针对不同工作空间 大小的机械手， 可配置不同工作距离的激光位移传感器， 以及不同半径的标定球， 使标定设 备在不同类型机械手上均可使用， 即本标定设备应用范围广， 可扩展性。

42、强。 0105 八、 本发明更具体的实施方式： 0106 1、 在本发明中， 标定传感装置2中采用4个激光位移传感器测量标定球31的三维位 置， 这是所需激光位移传感器的最少个数， 因此， 多于4个的激光位移传感器配置也可应用 于本发明， 并可提供更高的测量精度； 进而， 如果标定传感装置2中的传感器是可以直接获 得标定球的表面点云则也可直接应用于本发明， 比如面结构光传感器、 TOF相机等； 0107 2、 标定传感装置2中的4个激光位移传感器的安装位置可调， 以适应不同半径大小 的标定球； 比如， 对于较小半径的标定球， 可调节4个激光位移传感器的安装位置使4个激光 位移传感器所发射的激光。

43、束彼此之间的夹角更小， 更方便标定示教点的确定； 当然， 对于较 大半径的标定球， 则可将4个激光位移传感器的光束之间的夹角调节的更大； 0108 3、 标定传感装置2中的连接法兰201可有多种周向通孔配置， 以适应不同机械手末 端法兰的安装要求； 0109 4、 标定传感装置2中的4个激光位移传感器的精度可选用不同规格， 以适应不同标 定精度要求； 0110 5、 标定传感装置2中的4个激光位移传感器的工作距离也可选择不同规格， 以适应 不同机械手的不同工作区间大小； 0111 6、 标定球装置3中的标定球31可采用不同半径， 其球面的球面度、 粗糙度等可配置 不同规格以满足不同标定精度要求。 0112 上面结合附图对本发明进行了示例性描述， 显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制， 只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进， 或未经改 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的， 均在本发明的保护范围之内。 说明书 8/8 页 11 CN 110978059 A 11 图1 图2 说明书附图 1/2 页 12 CN 110978059 A 12 图3 图4 说明书附图 2/2 页 13 CN 110978059 A 13 。