工业机器人工具坐标的标定就是确定工具坐标系相对于末端法兰盘中心坐标系的变换矩阵，可以方便操作者灵活地调整机器人末端执行机构的姿态，更加精确地控制机器人的运动轨迹。根据调研，实际应用中有大量标定工况的需求，工业机器人末端工具装配有偏差、末端工具更换、加工中的振动及碰撞导致安装位置偏移等常见工况均需要重新标定。
在平面上对称布置 3 个以上小型激光线发射器，每个激光器配套设计有角度调节结构，目的是让激光线在空中交汇形成空间交汇点，以光线空间交汇点与机器人工具尖端相接触不存在接触误差和碰撞问题；其次，在该空间交汇点的正下方设置有成像探头，对光线交汇在机器人工具尖端上的光斑进行成像，并利用光斑成像形态分析出机器人工具尖端与激光线空间交汇点的共点姿态特征。以探头代替人眼观察，可利用电脑辅助实现标定过程信息提示和快速准确标定。
创新点
1- 工具尖端与激光空间交汇点共点判断是非接触检测，可避免辅具损耗；
2- 光斑形态图像反映共点姿态特征，能有效提供标定过程辅助提示信息；
3- 视觉图像代替人眼观察，精度高且可保障人员安全，避免机器伤人；
4- 标定辅具小巧灵活便于安置，有利于应用于紧凑的真实工厂环境。
关键技术
1- 标定辅具校准方法：
调节激光发射头发射角度使得光线在空中交汇形成交点，并用哑光表面板放置在交汇点位置作为屏幕，则理想情况下成像探头拍摄到的是一个光斑，通过进一步微调激光发射头发射角度和成像探头成像角度，使得图像中光斑呈最小圆斑且成像在图像中心位置，此状态下光线在空间中的交点即为光线空间交汇点。
2- 光斑形态图像分析技术：
工业机器人工具尖端在机械臂的带动下变换姿态，当该尖端点与上述光线空间交汇点重合时，摄像机探头拍摄的图像是最小尖角
图案且尖角顶点在图像中心位置，根据该尖角图案的尖角点重合和图案最小判断机器人两种姿态是否达到了共工具尖端点。
3- 激光线角度调节机构设计：
激光射向调节装置包括圆柱形筒体 ，筒体内设置有光滑球珠 ，球珠外表面设置有圆柱形的杆状通道用来连接激光发射头 ，筒体上设置有中空摇杆 ，激光发射头与中空摇杆所在的平面横截球珠，筒体与球珠通过螺栓弹性压杆连接。标定辅具整体结构包括含有方便固定底座的底板、金属球形小云台模块多个、1 个成像探头、三个以上细光束线激光器。成像探头固定在所述金属球形小云台上，而该小云台布置在底板的中央；细光束线激光器均固定在各自的金属球形小云台上，而这些小云台模块对称布置在底板周边；金属球形小云台均可实现多方位角度调节，从而实现激光照射角度和成像角度的调节。
科学性先进性
传统标定法操作过程是：变换机器人机械臂姿态，并使不同姿态下工具尖端点的空间坐标位置始终不变。通常使用含有圆锥尖端的标定辅具，调整机器人机械臂姿态使机器人工具尖端与所述辅具圆锥尖端共点，记录 5 种不同姿态用于标定计算。一方面，现有使用圆锥辅具的标定方法不仅精度无法保证，操作过程主要依靠人眼观察容易导致视觉偏差和疲劳，非常不方便。究其原因在于，既要尽可能靠近标定辅具尖端点、又要避免接触导致碰撞，且没有自动化手段。例如，考虑到过于靠近机器人会有潜在危险性，以及加工工位现场布置的局限性，并不容易靠近观察清楚这种“针尖对针尖”的空间共点姿态关系。另一方面，工业机器人末端工具的频繁更换及加工时出现的各类振动及碰撞会使工具位置发生偏移，导致标定的工具坐标系精度降低，致使机器人系统的加工精度无法达到工艺要求，甚至可能影响生产线的正常运转，造成时间、资金以及原材料的浪费（见期刊文献“一种基于激光位移传感
器的机器人工具校准方法”，控制与信息技术 2020 年第 3 期）。传统的标定方法所建立的标定模型复杂，数据测量一般要借助激光跟踪仪、三坐标测量机、球杆仪等昂贵的精密测量仪器，并且机器人基础坐标系与测量系统坐标系间的变换，容易引入外来误差。此类精密仪器一般被工业机器人专业技术人员用来做出厂校准使用，并不便于工业机器人应用企业的现场快速应用推广。
目前市面上尚未见其他类型工业机器人工具标定辅具，相关的期刊文献主要关注标定方法特别是算法优化以提高标定精度，而很少关注实际产品的操作体验。本作品利用激光线空间交汇点成像的特征，通过图像可以分析出机器人工具尖端与激光线空间交汇点的共点特征，不仅避免了传统标定辅具因接触导致的碰撞损坏和采用人眼观察导致的视差及危险性，而且标定过程辅助信息提示进一步提高标定精度和自动化程度，实现快速准确标定。采用激光线空中交汇点成像的方式极大地提高了标定过程操作的便捷性和准确度，相比于传统标定方法，标定辅具装置更符合实际使用的需要。针对常用的多点标定法难以实现可靠标定问题，其原理简单、可操作性强、自动化程度高且易于实现。
技术特点
本作品采用激光线空中交汇点成像的方式极大地提高了标定过程操作的便捷性和准确度。相比于传统标定法，本产品装置更符合实际使用的需要。针对常用的多点标定法难以实现可靠标定问题，设计了一种工业机器人工具坐标系标定装置，其原理简单、可 操作性强、自动化程度高且易于实现。
