一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法及系统技术方案

本发明专利技术属于机器人标定技术领域，并具体公开了一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法及系统，其通过在协作机器人的双臂间构造三组以上击掌动作以获取标定方程所需的位置信息，再利用标定方程求解具有协作关系的两机械臂基坐标系间的位姿变换矩阵，以此完成双臂协作机器人系统的基坐标系的标定。本发明专利技术除标定环外不需任何额外的传感装置或测量设备，操作步骤简单、标定精度高，可解决常见双臂机器人基坐标系的标定问题，适用于各类双臂协作的实验环境。

【技术实现步骤摘要】
一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法及系统
本专利技术属于机器人标定
，更具体地，涉及一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法及系统。
技术介绍
在服务机器人行业与自动化生产中存在许多复杂的装配任务或者大型零件的搬运等，双臂协作机器人系统则为其提供了便捷、有效的解决途径。双臂协作机器人目前已经成为机器人领域的研究热点，特别是在服务机器人的开发设计以及柔性化制造系统的实现过程中发挥着越来越重要的作用。在双臂协作机器人系统中，每一个机械臂在执行协作任务的时候需要知道另一个机械臂的位置，也就是确定另一个机械臂的基坐标系与自己基坐标系的相对位姿，这就是所谓的双臂协作机器人系统的基坐标系标定问题。目前，解决双臂协作机器人的基坐标系标定问题依然缺少简单有效的方法，已有的多机械臂基坐标系的标定方法，一般均需要借助附加传感器与精密测量仪器，或者需要在机械臂末端安装额外的标定装置(如标定枪)，标定的步骤比较繁琐，且会由于误差的叠加影响标定的精度。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法及系统，其通过在机器人双臂之间构造击掌动作并记录双机械臂末端的位置信息，依据标定方程计算对应基坐标系间的变换矩阵，本专利技术除标定环外不需要任何额外的传感装置或测量设备，操作步骤简单、标定精度高，可解决常见双臂机器人基坐标系的标定问题，适用于各类双臂协作的实验环境。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法，其通过在协作机器人的双臂间构造三组以上击掌动作以获取标定方程所需的位置信息，再利用标定方程求解具有协作关系的两机械臂基坐标系间的位姿变换矩阵，以此完成双臂协作机器人系统的基坐标系的标定。作为进一步优选的，包括如下步骤：(1)将双臂机器人的两条机械臂的末端移动到两机械臂工作空间重叠区域的某一位置点，并通过标定环构建击掌动作，使两机械臂的末端面完全贴合，以保证两机械臂末端坐标系的原点重合；(2)保持击掌动作，将双臂机器人的两条机械臂的末端移动到工作空间重叠区域的m个不同位置点P1,P2,…,Pm，m≥3，计算每一位置点在两个机械臂基坐标系下的坐标；(3)将每一位置点在两个机械臂基坐标系下的坐标带入标定方程中得到双臂基坐标系间的位姿变换矩阵RTL即为所求。作为进一步优选的，所述标定方程为：其中，(Rbxi,Rbyi,Rbzi)T为位置点Pi在右机械臂基坐标系下的坐标，(Lbxi,Lbyi,Lbzi)为位置点Pi在左机械臂基坐标系下的坐标，i＝1,2,…,m。作为进一步优选的，位置点Pi在右机械臂基坐标系下的坐标以及在左机械臂基坐标系下的坐标均通过机器人正向运动学求解。作为进一步优选的，所述击掌动作具体为使两机械臂末端坐标系的原点为双臂机器人两机械臂工作空间重叠区域内的同一点。作为进一步优选的，通过标定环实现双臂的位置约束。按照本专利技术的另一方面，提供了一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定系统，其特征在于，包括：击掌动作执行模块，用于将双臂机器人的两条机械臂的末端移动到两机械臂工作空间重叠区域的某一位置点，并通过标定环构建击掌动作，使两机械臂的末端面完全贴合，以保证两机械臂末端坐标系的原点重合；机器人移动模块，用于保持击掌动作并将双臂机器人的两条机械臂的末端移动到工作空间重叠区域的m个不同位置点P1,P2,…,Pm，m≥3，计算每一位置点在两个机械臂基坐标系下的坐标；位姿变换矩阵计算模块，用于将每一位置点在两个机械臂基坐标系下的坐标带入标定方程中得到双臂基坐标系间的位姿变换矩阵RTL。作为进一步优选的，所述标定方程为：其中，(Rbxi,Rbyi,Rbzi)T为位置点Pi在右机械臂基坐标系下的坐标，(Lbxi,Lbyi,Lbzi)为位置点Pi在左机械臂基坐标系下的坐标，i＝1,2,…,m。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术通过在机器人双臂之间构造特定的击掌动作，并利用标定环进行约束，可以直接拖动双机械臂到协作空间中的不同位置进行数据采集，最少仅需采集三组位置数据即可获得双臂基坐标系间的标定矩阵，灵活简单，操作方便。2.本专利技术避免了为双臂协作机器人系统增加新的传感或测量装置，降低了协作系统的实现成本，本专利技术不需要在机械臂的末端安装多余的标定装置，避免了对于末端定位的测量误差的叠加。3.本专利技术充分利用了机器人控制器现有的关节参数与变换矩阵，构造特定的协作动作和标定方程来完成机器人基坐标系的标定，最大程度的降低了双臂协作机器人系统的硬件要求与测量误差，节约了双臂协作机器人系统的实现成本。4.本专利技术仅需要在协作机器人之间构造m(≥3)组击掌动作、调用一次标定方程求解位置增广矩阵的伪逆即可完成，步骤简单，使用方便，同时标定环的使用能够极大地简化标定过程，提高标定精度，保证标定结果满足大多数双臂协作任务的精度要求，可应用到各类常见的机器人协作任务中。附图说明图1是机械臂的关节与连杆间的D-H参数示意图；图2是机械臂开运动链中的坐标变换关系；图3是由两个机械臂构成的双臂协作系统中的坐标系及其之间的相互变换关系图；图4是通过标定环实现两机械臂完成击掌动作的示意图；图5是标定环的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为侧视图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提出了一种新的双臂协作机器人系统的基坐标系的标定方法，协作机器人基坐标系的标定是实现协作控制的基础，本专利技术的提出解决了这一协作控制的基本问题、关键问题，为进行高精度作业要求的机器人任务提供了技术支持。本专利技术的基本思想是利用协作机器人的双机械臂构成特定的击掌动作时满足机械臂末端坐标系的原点对应世界坐标系中的同一点的约束关系，构造出特定形式的标定方程求解出双臂协作机器人基坐标系间的位姿变换关系，采用本专利技术所提出的方法除专利技术中介绍的标定环之外，不需要为机器人控制器增加任何的传感或者测量装置，并且标定的结果能够满足绝大多数机器人操作任务的精度要求。本专利技术实施例提供的一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法，其首先通过在协作机器人的双臂间构造三组以上击掌动作以获取标定方程所需的位置信息，其中击掌动作要求两机械臂末端坐标系的原点为机器人双臂工作空间重叠区域内的同一点，然后利用标定方程求解具有协作关系的两机械臂基坐标系间的位姿变换矩阵，以此完成双臂协作机器人系统的基坐标系的标定。该方法具体包括如下步骤为：(1)将双臂机器人的两条机械臂(分别记为A1与A2)的末端移动到两机械臂工作空间重叠区域的某一个位置点P1，并通过标定环构建特定的击掌动作(图4)，使两机械臂的末端面完全贴合，其目的在于保证两机械臂末端坐标系的原点重合，对应世界坐标系中的同一点，原点即为位置点P1，如此便摆脱了使用附加标定工具(如标定枪)所造成的末端定位与测量误差；记录这个位置上两条机械臂对应的各个关节角的数据，并通过机器人正向运动学求解出对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，通过在协作机器人的双臂间构造三组以上击掌动作以获取标定方程所需的位置信息，再利用标定方程求解具有协作关系的两机械臂基坐标系间的位姿变换矩阵，以此完成双臂协作机器人系统的基坐标系的标定。

【技术特征摘要】
1.一种双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，通过在协作机器人的双臂间构造三组以上击掌动作以获取标定方程所需的位置信息，再利用标定方程求解具有协作关系的两机械臂基坐标系间的位姿变换矩阵，以此完成双臂协作机器人系统的基坐标系的标定。2.如权利要求1所述的双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将双臂机器人的两条机械臂的末端移动到两机械臂工作空间重叠区域的某一位置点，并通过标定环构建击掌动作使得两机械臂的末端面完全贴合，以保证两机械臂末端坐标系的原点重合；(2)保持击掌动作，将双臂机器人的两条机械臂的末端移动到工作空间重叠区域的m个不同位置点P1,P2,…,Pm，m≥3，计算每一位置点在两个机械臂基坐标系下的坐标；(3)将每一位置点在两个机械臂基坐标系下的坐标带入标定方程中得到两机械臂基坐标系间的位姿变换矩阵RTL，该位姿变换矩阵RTL即为所求。3.如权利要求2所述的双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，所述标定方程为：其中，(Rbxi,Rbyi,Rbzi)为位置点Pi在右机械臂基坐标系下的坐标，(Lbxi,Lbyi,Lbzi)T为位置点Pi在左机械臂基坐标系下的坐标，i＝1,2,…,m。4.如权利要求3所述的双臂协作机器人系统的基坐标系标定方法，其特征在于，位置点Pi在右机械臂基坐标系下...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欢，唐敏杰，葛东升，丁汉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42