一种工业机器人运动学参数标定装置及标定方法

1.一种工业机器人运动学参数标定装置，其特征在于，包括标定杆、标定平台和图像测量系统，所述标定杆安装在工业机器人末端，所述标定平台放置在工业机器人工作空间内，所述图像测量系统固定在标定平台上，所述图像测量系统包括远心镜头、高分辨率CCD和光源所组成的相机、透明的标定平板，远心镜头的光轴与标定平板垂直，标定杆末端沿轴线安装千分表。
2.根据权利要求1所述工业机器人运动学参数标定装置，其特征在于,相机的位置分辨率通过亚像素插值为50～100um，视场为50cm。
3.根据权利要求1所述工业机器人运动学参数标定装置，其特征在于，所述千分表位置分辨率为20～30um，行程为5cm，千分表运动方向与标定杆轴线同轴，千分表的测头为小球。
4.根据权利要求1所述工业机器人运动学参数标定装置，其特征在于，所述标定平台包括移动导轨，标定平台沿移动导轨来改变图像测量系统的位置。
5.根据权利要求1所述工业机器人运动学参数标定装置，其特征在于，标定平台底部设有锥体和轮子，所述椎体的高度比轮子的直径大，所述椎体数量为3。
6.一种工业机器人运动学参数的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、图像测量系统的自标定，采用相机对透明的高精度标定平板进行成像，利用标定平板上的图案进行CCD像素标定，获得图像空间和平板空间距离转换关系。放置标定装置在工业机器人的可达工作空间，该位置是任意的；
2)、工业机器人通过标定杆将小球与标定平板接触后，继续压迫小球使之移动一定距离，千分表测出小球相对位移d1，图像测量系统测量此时小球中心位置S1，同时记录此时的工业机器人所有关节角度值θ1向量，然后控制工业机器人沿标定平板移动，指定小球运动到某位置停止，小球与标定平板接触，同样千分表记录小球相对位移d2、工业机器人所有关节角度值θ2向量和图像测量系统测得的小球中心位置S2，这样获得小球两点位置，小球移动距离Da＝|S2‐S1|，得到一个距离方程，移动工业机器人使小球与标定平板分离；
3)，通过标定平台的轮子和移动导轨来改变图像测量系统的空间位置，其他过程同第二步，得到另一距离方程；
4)，重复步骤3)，获得一系列距离方程。
5)，采用距离误差模型，通过最小二乘法获得工业机器人运动学参数的标定结果。
7.根据权利要求6所述一种工业机器人运动学参数的标定方法，其特征在于，所述距离误差模型如下：
小球中心位置在工业机器人的基座标中表示为：Pa＝Pm+Jw，其中Pa为小球中心的实际位置向量，Pm为采用工业机器人名义运动学参数采用正运动学计算出的名义位置向量，J是工业机器人标定雅可比矩阵，w是工业机器人运动学参数补偿值向量，在2)中测量两个位置，对应方程为：
Pa1＝Pm1+J1w
Pa2＝Pm2+J2w
两式相减得:Pa2-Pa1＝Pm2-Pm1+J21w，其中J21＝J2-J1；
方程取范数，并去除二阶小量，得到距离误差模型：
ΔD＝(Pm2-Pm1)'J21w/Dm＝Jdw
其中Dm为名义距离Dm＝PPm2-Pm1P，ΔD为实际距离与名义距离之差ΔD＝Da-Dm，Da为步骤2)测出的小球移动距离。Jd为距离雅可比矩阵，根据测得的一系列数据，带入上述方程，采用最小二乘法求得工业机器人运动学参数补偿值向量w。

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