机器人工具坐标系标定原理
工具坐标系
默认的工具坐标系是以法兰中心点为原点,XYZ方向固定的一个坐标系。其他任何安装在末端法兰上的工具,TCP点的位置相对于法兰中心点是固定的,以这个TCP为原点建立工具坐标系其实就可以看做相对于末端的平移和旋转。
标定
工业机器人使用过程中经常在机器人末端法兰面安装不同的工具来满足实际生产需求,为了准确控制工具运动的位置与姿态,需要对工具所在坐标系进行标定。
对于工业机器人来说,基坐标B与 末端法兰面所在坐标系 T之间的关系在制作机器人的时候已经设定好,每次机械臂在运动时,每一个关节的旋转扭角在变化,进而计算出各个关节的坐标系变换,具体原理可以参考机器人D-H坐标系的构建。本文简化其中的关系,假定基坐标B与末端法兰面所在坐标系E之间的变换矩阵为
。工具坐标系与末端坐标系的变换矩阵为
,三种坐标系有如下关系:
由于工具与机器人末端法兰面的位置关系固定不变,其标定过程是标定机器人工具所在坐标系T与机器人末端坐标系E 的关系,其含义是工具坐标系相对于机器人末端坐标系的位置关系,标定类型与手眼标定类似。标定过程可以分为两个部分,工具中心点位置(TCP) 标定,工具坐标系姿态标定(TCF) 。
• 工具坐标系姿态(TCF)标定
我认为工具坐标系姿态比较好标定,看上面图1,工具坐标系 T的零点在枪尖末端,一旦位置确定后,姿态可以是任意的,有无数种,就看选择那种比较方便了。目前接触到两种标定姿态:
- 工具坐标系姿态直接使用机器人末端E 的姿态,这样两者之间只有平移关系;
- 工具坐标系姿态直接使用机器人基座B 的姿态,同样两者之间只有平移关系。