1.一种自动化工件坐标系标定方法,用于机器手夹持工件的坐标系标定,其特征在于,包括以下步骤:
1)在工装上制作标定部,在机器手的基坐标系内固定安装位移传感器,所述标定部包括点标定部和方向标定部;
2)使移动机器手使工装上的点标定部以及方向标定部分别多次接触位移传感器,记录每个接触点pi.i∈[1,m]的坐标值由基坐标系转换到机器手的法兰坐标系的齐次转换关系以及位移传感器读数Δzi,其中,m为点标定部以及方向标定部与位移传感器的接触次数和, 为接触点pi的坐标值由基坐标系转换到法兰坐标系的3×3旋转矩阵, 为接触点pi的坐标值由基坐标系到法兰坐标系的3×1平移矩阵;
3)根据齐次转换关系 以及位移传感器读数Δzi确定点标定部在法兰坐标系下的坐标值FP以及方向标定部在法兰坐标系下的法线向量FV;
4)工装以及工件尺寸以及夹持关系已知,由此获得点标定部在工件坐标系下的坐标值WP以及方向标定部在工件坐标系下的法线向量WV,使用FV以及WV由罗德里格斯公式计算获得法兰坐标到工件坐标系的旋转矩阵FRW;
5)由FP、WP以及旋转矩阵FRW获得法兰坐标到工件坐标系的平移矩阵FPW,FPW=FP-FRWWP,由此完成工件坐标系的标定。
2.根据权利要求1所述的一种自动化工件坐标系标定方法,其特征在于,所述点标定部为固定在工装上的标准球,步骤2)中,移动机器手使工装上的标准球多次接触位移传感器,步骤3)中,由计算式:代入计算式:
(FPi-FPS)T(FPi-FPS)=R2,i∈(1,n)
得计算式:
采用非线性最小二乘优化算法,获得位移传感器末端在基坐标系下的坐标BPΔ,位移传感器末端在基坐标系下的运动向量BV,以及标准球球心在法兰坐标系下的坐标FPS,进而获得每次的接触点i在法兰坐标系下的坐标值FPi,i∈[1,n],其中R为标准球的半径,n为标准球接触位移传感器的次数,步骤4)中,标准球球心在工装上的位置为已知,即标准球球心在工件坐标系下的坐标已知,进而获得法兰坐标系到工件坐标系的平移矩阵FPW。
3.根据权利要求2所述的一种自动化工件坐标系标定方法,其特征在于,步骤2)中,移动机器手使工装上的标准球多次接触位移传感器,根据接触计算标准球的球心在法兰坐标系下的坐标FPS,并多次计算获得的标准球的球心在法兰坐标系下的坐标FPS,取均值作为标准球的球心在法兰坐标系下的坐标FPS。
4.根据权利要求2或3所述的一种自动化工件坐标系标定方法,其特征在于,所述方向标定部为固定在工装上的标准平板,在步骤2)中,移动机器手使工装上的标准平板三次接触位移传感器,步骤3)中,由计算式:获得每次的接触点在法兰坐标系下的坐标值FPi,i∈[1,3],其中,BPΔ为位移传感器末端在基坐标系下的坐标,BV为位移传感器末端在基坐标系下的运动向量的单位向量,由计算式:F F F F F
V=(P2-P1)×(P3-P2)
获得标准平板在法兰坐标系下的法线向量FV。
5.根据权利要求4所述的一种自动化工件坐标系标定方法,其特征在于,在步骤2)中,移动机器手使工装上的标准平板多次接触位移传感器,记录每个接触点pi.i∈[1,k]的坐标值由基坐标系转换到机器手的法兰坐标系的齐次转换关系以及位移传感器读数Δzi,k为标准平板接触位移传感器的次数,步骤3)中,由计算式:
获得每次的接触点在法兰坐标系下的坐标值FPi,i∈[1,k],根据多个接触点均在法兰坐标系下的同一平面上的约束条件,由平面的截距式方程FV·FPi=1获得计算式:非线性最小二乘优化算法,获得标准平板在法兰坐标系下的法线向量FV。
6.根据权利要求1或2所述的一种自动化工件坐标系标定方法,其特征在于,步骤2)中,示教时,使位移传感器末端的运动向量基本沿着工装的接触点处标定部表面的法线方向。
7.根据权利要求1或2所述的一种自动化工件坐标系标定方法,其特征在于,步骤1)中,所使用的位移传感器末端硬度低于工装硬度。
8.根据权利要求1或2所述的一种自动化工件坐标系标定方法,其特征在于,步骤2)中,移动机器手使工装上的标定部接触位移传感器的方法包括:
21)将位移传感器安装在直线位移机构上,使位移传感器具有直线位移行程,所述直线位移机构的位移可检测,直线位移机构带动位移传感器移动到行程起点,所述行程起点在基坐标系下的坐标已知;
22)移动机器手使工装上的标定部位于所述直线位移行程范围内,该位置通过示教确定;
23)直线位移机构带动位移传感器从行程起点移动预设的距离,该预设距离使得位移传感器末端触碰到工装上的标定部,并产生位移传感器读数Δzi。