焊接机器人工具坐标系标定的研究与实现

关 键 词 ：工 具 坐 标 系 ；焊接 机器 人 ；标 定
中 图 分 类 号 ：ＴＰ ２４２．２；ＴＰ ３ｌ９
文献 标 志码 ：Ａ
ｄｏｉ：１０．１ １９３６／ｂｉｕｔｘｂ２０１５０２００２０
文 章 编 号 ：０２５４—００３７（２０１６）０１—００３０—０５
Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｏｌ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｆｒａｍ ｅ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｗ ｅｌｄｉｎｇ Ｒｏｂｏｔｓ
机 器 人 工 具 坐 标 系 （ｔｏｏｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｆｌａｍｅ，ＴＣＦ） 标 定就 是确 定工 具 坐标 系相对 于机 器人 末端 连杆 坐 标 系 的变换 矩 阵 …．对 于焊 接 机 器 人 ，焊 枪 是 完 成 焊接 任务 必不 可 少 的工 具 ，即使 是 同一 批 量 的 焊
ＫＡＮＧ Ｃｕｎｆｅｎｇ，Ｗ ＡＮＧ Ｈｏｎｇｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇｆｅｉ，ＬＩ Ｓｈｕｊｉｎ，ＣＨＥＮ Ｓｈｕｊｕｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２４，Ｃｈｉｎａ）
第 ４２卷 第 １期 ２０１６年 １月
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北 京 工 业 大 学 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＢＥＩＪＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．４２ ＮＯ．１ Ｊａｎ ２０１６
焊 接 机 器 人 工 具 坐 标 系标 定 的研 究 与 实现
康 存 锋 ，王 红 伟 ，张 鹏 飞 ，李 舒 进 ，陈树 君
一
ｓｙｓｔｅｍ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｍ ｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｇｕｎ ｐｏｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｍ ａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＣＯＤＥＳＹＳ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｙ ｅｘｅｃｕｔｉｎｇ ａ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｉｎｔ，ｗｈｉｃｈ ＵＳｅＳ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｌｏｃｋ， ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｃｈｅｃｋｅｄ ｗｈｅｔｈｅｒ ＴＣＰ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ ｗｈｅｎ ｍｏｖｉｎｇ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ，Ｙ，ａｎｄ ｚ ａｘｉｓ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ． Ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ａｌｓｏ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｏｔｈｅｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｔｏｏｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｏｏｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｆｒａｍｅ；ｗｅｌｄｉｎｇ ｒｏｂｏｔ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｉｘ—ｐｏｉｎｔ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｆｉｒｓｔ， ｉｔ ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｍ ａｔｒｉｘ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏ］ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ， ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ ｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｔｏ ｆｉｔ ｔｏｏｌ ｃｅｎｔｅｒ ｐｏｉｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｏｏｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｆｌａｍ ｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ＲＢ １４００ ｓｉｘ－ＤＯＦ ｗｅｌｄｉｎｇ ｒｏｂｏｔ， ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ
收稿 日期 ：２０１５—０２—０６ 基 金 项 目 ：国家 科 技 重 大 专 项 资 助 项 目（２０１４ＺＸ０４００１—１７１） 作 者 简介 ：康 存 锋 （１９７０一 ），男 ，副 教 授 ，主 要 从 事 工 业 机 器 人 、工 业 控 制 自 动 化 方 面 的 研 究 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｋａｎｇｃｕｎｆｅｎｇ＠ ｂｊｕｔ
枪 ，也 会 因 为 加 工 误 差 导 致 其 偏 移 量 不 完 全 相 同 ，工 具 坐标 系 的准确 度 又直 接 影 响 机 器人 的轨 迹 精 度 ， 所 以建 立一种 准 确 、快 速 的标 定 方 法对 机 器 人 的应 用具 有重 要意 义． 目前 国内外工 业 机器 人 工具 标 定
（北 京 工 业 大 学 机 械 与 应 用 电子 技 术 学 院 ，北 京 １００１２４）
摘 要 ：采 用 六 点 标 定 法 对 工 具 坐 标 系 进 行 标 定 ．首 先 标 定 工 具 参 数 的 位 置 向 量 ，其 次 标 定 工 具 坐 标 系 的姿 态 矩 阵 ，其 中工 具 中心 点 位 置 标 定 采 用 线 性 最 小 二 乘 法 的矩 阵 形 式 进 行 求 解 ，工 具 坐 标 系 姿 态 采 用 向量 和 矩 阵 的 基 本 运 算 进 行 求 解 ．针 对 ＲＢ一１４００六 自由度 焊接 机器 人 ，基 于 开 放 式 软 件 平 台 ＣＯＤＥＳＹＳ开 发 了 工 具 坐 标 系 标 定 算 法 模 块 和 焊 枪 位 姿 变换 模 块 ，最 后 以 此 为 基 础 移 动 机 器 人 对 准 基 准 点 ，测 试 分 别 绕 、 、 轴 旋 转 检 查 ＴＣＰ点 的 位 置 是 否符 合 要 求 ．结 果 表 明 ：该 方 法 确 实 可行 ，并 且 可 以适 用 于 其 他 类 型 机 器 人 的工 具 坐 标 系标 定 ．