CN107726982A - 一种激光测距传感器安装位置误差标定方法 - Google Patents

一种激光测距传感器安装位置误差标定方法 Download PDF

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陈冬冬
曹双倩
蔡鹦
高雷
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于莱文贝格－马夸特方法的激光测距传感器安装位置误差标定方法，属于机器人技术领域。本发明所使用的装置由工业机器人、平面试验板、激光测距传感器、传感器安装架、激光跟踪仪组成。平面试验板安装在工业机器人末端，激光测距传感器安装在传感器安装架上，传感器安装架保持固定不动。该方法对激光测距传感器的测量距离的数学模型进行建模，基于该模型求出误差模型，然后采用莱文贝格－马夸特方法对激光测距传感器的安装位置误差进行参数辨识，进而可以提高传感器的测量精度。该方法可以很好的标定出安装位置误差，避免了普通最小二乘法局部收敛的问题。

Description

一种激光测距传感器安装位置误差标定方法
技术领域
本发明涉及机器人技术，更具体地说，本发明涉及一种基于莱文贝格－马夸特方法的激光测距传感器安装位置误差标定方法。
背景技术
激光测距传感器是一种非接触式的测量方式，具有测量精度高等优点，其已经广泛的应用在了各种领域中，例如：钻铆机器人法线测量中长采用激光测距传感器。由于装配过程中导致的装配误差，以及安装传感器的零件加工误差，导致激光测距传感器的安装精度无法满足需求，因此需要对激光测距传感器的安装位置误差进行标定，以提高测量精度。对安装位置的标定是其中一种方法，该方法未充分利用传感器安装的理论位置。莱文贝格－马夸特方法是一种较普通最小二乘法具有诸多的优点，收敛速度快，对初始值的依赖小，不容易造成局部收敛。
发明内容
针对现有技术，本发明的目的在于提供了一种基于莱文贝格－马夸特方法的激光测距传感器安装位置误差标定方法，该方法对激光测距传感器的测量距离的数学模型进行建模，基于该模型求出误差模型，然后采用莱文贝格－马夸特方法对激光测距传感器的安装位置误差进行参数辨识，进而可以提高传感器的测量精度。
本发明所使用的装置由工业机器人、平面试验板、激光测距传感器、传感器安装架、激光跟踪仪组成。平面试验板安装在工业机器人末端，激光测距传感器安装在传感器安装架上，传感器安装架保持固定不动。平面试验板上有三个基准孔，分别为基准孔I、基准孔J、基准孔K。传感器安装架上有三个基准孔，分别为基准孔M、基准孔O、基准孔N，且基准孔O和基准孔M的连线垂直于基准孔O和基准孔N的连线。
本发明通过以下技术方案实现。
该方法包括如下步骤：
步骤1：将激光跟踪仪架设在地面上，平面试验板和传感器安装架在激光跟踪仪的测量范围内；
步骤2：用激光跟踪仪测量传感器安装架上的三个基准孔，然后基于三个基准孔建立工具坐标系；
步骤3：移动工业机器人使得激光测距传感器打出的激光束可打到平面试验板上，且距离不超出激光测距传感器的量程。用激光跟踪仪测量平面试验板三个基准孔在工具坐标系下的空间位置，然后拟合出平面试验板在工具坐标系下的空间方程；
步骤4：求出激光测距传感器打出的激光束的直线方程；
步骤5：求出激光测距传感器打出的激光束所在直线与平面试验板交点坐标；
步骤6：求出激光测距传感器发射点与交点的长度，并建立误差模型；
步骤7：读取激光测距传感器的读数,计算出测量长度误差；
步骤8：采用莱文贝格－马夸特方法求得，选取合适的阻尼因子，计算出安装位置误差；
步骤9：将求得的安装位置误差加入新的参数；
步骤10：重复步骤3至步骤9，进行反复的迭代，直到误差足够小，就可以获得安装位置误差。
与已有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所述的基于莱文贝格－马夸特方法的激光测距传感器位置误差标定方法，该方法可以很好的标定出安装位置误差，避免了普通最小二乘法局部收敛的问题。
附图说明
图1为本发明中安装误差标定原理示意图。
图中：1.工业机器人；2.平面试验板；3.激光测距传感器；4.传感器安装架；5.激光跟踪仪；
具体实施方式：
下面通过结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的实施方式：
参见图1，本发明所使用的装置由工业机器人1、平面试验板2、激光测距传感器3、传感器安装架4、激光跟踪仪5组成。平面试验板2安装在工业机器人1末端，激光测距传感器3安装在传感器安装架4上，传感器安装架4保持固定不动。平面试验板2上有三个基准孔，分别为基准孔I、基准孔J、基准孔K。传感器安装架4上有三个基准孔，分别为基准孔M、基准孔O、基准孔N，且基准孔O和基准孔M的连线垂直于基准孔O和基准孔N的连线。
下面为本发明方法的步骤做详细的说明。
本发明方法的具体实施步骤如下：
步骤1：将激光跟踪仪5架设在地面上，平面试验板2和传感器安装架4在激光跟踪仪5的测量范围内；
步骤2：用激光跟踪仪5测量传感器安装架4上的基准孔M、基准孔O、基准孔N，然后基于三个基准孔建立工具坐标系OXYZ，其中原点为基准孔O，X轴为基准孔O指向基准孔M的向量，Y轴为基准孔O指向基准孔N的向量，采用右手法则确定Z轴的方向；
步骤3：移动工业机器人1使得激光测距传感器3打出的激光束可打到平面试验板2上，且距离不超出激光测距传感器3的量程。用激光跟踪仪5测量平面试验板2上的基准孔I、基准孔J、基准孔K在工具坐标系下的空间位置，然后拟合出平面试验板2在工具坐标系下的空间方程，如下式所示：
ax+by+cz＝d
其中，a,b,c,d为平面方程参数；
步骤4：在工具坐标系下激光测距传感器3发射点Q的名义位置和方向为[xQ,yQ,zQ,mQ,nQ,pQ],激光测距传感器3打出的激光束的直线方程为：
步骤5：求出激光测距传感器3打出的激光束所在直线与平面试验板2交点P，其在坐标(xQ,yQ,zQ)可以表示为：
步骤6：求出激光测距传感器3发射点Q与交点P的长度L为
上式还可以表示为：
上式的微分方程为：
其中：
步骤7：读取激光测距传感器3的读数Lm,计算出测量长度误差ΔL＝Lm-L；
步骤8：采用莱文贝格－马夸特方法求得ΔΦ，计算公式如下:
ΔΦ＝(JTJ+λI)-1JTΔL
其中，λ是阻尼因子，选取合适的阻尼因子λ带入上式；
步骤9：将求得的安装位置误差ΔΦ加入新的参数Φi+1,表达式如下：
Φi+1＝Φi+ΛΦ
步骤10：重复步骤3至步骤9，进行反复的迭代，直到误差足够小，就可以获得安装位置误差。

Claims (1)

1.一种基于莱文贝格－马夸特方法的激光测距传感器安装位置误差标定方法，其特征在于：
本发明所使用的装置由工业机器人、平面试验板、激光测距传感器、传感器安装架、激光跟踪仪组成；平面试验板安装在工业机器人末端，激光测距传感器安装在传感器安装架上，传感器安装架保持固定不动；
该方法包括如下步骤：
步骤1：将激光跟踪仪架设在地面上，平面试验板和传感器安装架在激光跟踪仪的测量范围内；
步骤2：用激光跟踪仪测量传感器安装架上的三个基准孔，然后基于三个基准孔建立工具坐标系；
步骤3：移动工业机器人使得激光测距传感器打出的激光束可打到平面试验板上，且距离不超出激光测距传感器的量程；用激光跟踪仪测量平面试验板三个基准孔在工具坐标系下的空间位置，然后拟合出平面试验板在工具坐标系下的空间方程；
步骤4：求出激光测距传感器打出的激光束的直线方程；
步骤5：求出激光测距传感器打出的激光束所在直线与平面试验板交点坐标；
步骤6：求出激光测距传感器发射点与交点的长度，并建立误差模型；
步骤7：读取激光测距传感器的读数,计算出测量长度误差；
步骤8：采用莱文贝格－马夸特方法求得，选取合适的阻尼因子，计算出安装位置误差；
步骤9：将求得的安装位置误差加入新的参数；
步骤10：重复步骤3至步骤9，进行反复的迭代，直到误差足够小，就可以获得安装位置误差。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108332666A (zh) * 2018-05-08 2018-07-27 苏州索布机器人有限公司 一种织机平面坐标定位***
CN111366070A (zh) * 2018-12-25 2020-07-03 苏州笛卡测试技术有限公司 一种复合式线激光测量***多轴空间坐标系标定方法
CN111380467A (zh) * 2019-12-30 2020-07-07 宁波大正工业机器人技术有限公司 一种激光位移传感器自校准方法
CN112815836A (zh) * 2020-12-30 2021-05-18 廊坊市亿创科技有限公司 一种机器人点激光的位置转化方法
CN113340215A (zh) * 2021-06-04 2021-09-03 工极智能科技（苏州）有限公司 基于平行约束的平面间断差在线测量方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968341A (zh) * 2010-08-31 2011-02-09 南京理工大学 一种工业机器人零位自标定方法及装置
CN105404238A (zh) * 2015-10-22 2016-03-16 南京航空航天大学 一种在机激光测量中测头位姿的线性化标定方法
CN107152911A (zh) * 2017-06-01 2017-09-12 无锡中车时代智能装备有限公司 基于psd反馈的点激光传感器与机器人相对位置的标定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968341A (zh) * 2010-08-31 2011-02-09 南京理工大学 一种工业机器人零位自标定方法及装置
CN105404238A (zh) * 2015-10-22 2016-03-16 南京航空航天大学 一种在机激光测量中测头位姿的线性化标定方法
CN107152911A (zh) * 2017-06-01 2017-09-12 无锡中车时代智能装备有限公司 基于psd反馈的点激光传感器与机器人相对位置的标定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
袁康正: "激光位移传感器安装位置标定及其应用研究", 《浙江大学硕士学位论文》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108332666A (zh) * 2018-05-08 2018-07-27 苏州索布机器人有限公司 一种织机平面坐标定位***
WO2019214215A1 (zh) * 2018-05-08 2019-11-14 苏州索布机器人有限公司 一种织机平面坐标定位***
CN111366070A (zh) * 2018-12-25 2020-07-03 苏州笛卡测试技术有限公司 一种复合式线激光测量***多轴空间坐标系标定方法
CN111366070B (zh) * 2018-12-25 2022-04-29 苏州笛卡测试技术有限公司 一种复合式线激光测量***多轴空间坐标系标定方法
CN111380467A (zh) * 2019-12-30 2020-07-07 宁波大正工业机器人技术有限公司 一种激光位移传感器自校准方法
CN112815836A (zh) * 2020-12-30 2021-05-18 廊坊市亿创科技有限公司 一种机器人点激光的位置转化方法
CN113340215A (zh) * 2021-06-04 2021-09-03 工极智能科技（苏州）有限公司 基于平行约束的平面间断差在线测量方法
CN113340215B (zh) * 2021-06-04 2022-11-04 工极智能科技（苏州）有限公司 基于平行约束的平面间断差在线测量方法

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