用于校准机器人的方法和机器人系统技术方案

一种用于校准机器人的方法，其中，机器人包括具有校准标志的可移动部。方法包括以下步骤：将校准标志定位于沿着照相机单元的光线的多个位置中；成像沿着光线的多个位置处的校准标志，以在容差k内建立沿着光线的校准标志的线位置P1…PN，同时监测机器人的关节值j1…jM；对于校准标志的各线位置P1…PN处的关节值j1…jM基于校准标志的产生的计算机器人位置P’1…P’N建立误差函数；通过基于误差函数解决优化问题来识别一组机器人运动学参数；以及借助于所识别的一组机器人运动学参数更新机器人的运动学模型。还涉及机器人系统、机器人控制器、机器人单元、机器人单元的使用、计算机程序P以及计算机可读存储介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于校准机器人的技术，并具体涉及用于校准机器人的方法和机器人系统。专利技术还涉及机器人控制器、机器人单元、机器人单元的使用、用于校准机器人的程序以及计算机可读介质。
技术介绍
为了基于机器人关节值计算机器人末端执行器的位置，可以使用机器人的运动学模型。为了机器人的高精度定位，必须精确识别机器人的运动学参数。用机器人执行一些动作、测量结果并通过调节运动学参数使所计算的结果调整到所测量的结果的过程称为机器人校准。最常见地，外部测量系统用于校准。通常，该测量系统为高精度三维设备(诸如激光跟踪仪)。还已经提出使用约束的所谓自校准方法。然而，三维系统与高成本关联，并且因为来自摩擦的不确定性将发挥作用，所以自校准系统具有受限的精确度。已经提出用于机器人校准的一个方法是使用激光指示器和位置灵敏设备(PSD)。然而，对于激光指示器和PSD的问题是它们通常不用于生产。为了校准的唯一目的而安装它们将增加系统的成本和复杂度。对于现场校准(即，已经安装机器人之后的现场校准)，需要更简单的方法。因为任意外部设备将与成本和复杂度关联，所以理想地应在没有额外传感器或设备的情况下执行校准。在视觉引导机器人的情况下，照相机为系统的一部分。由此，在需要对于视觉引导方面提高机器人精确度的情况下，将期望使用照相机来校准机器人。机器人照相机校准已经在文献中提出并进行了测试。通过制定包括机器人运动学参数以及内在和外在照相机参数的误差函数，可以通过同时优化机器人运动学参数和照相机参数来获取机器人和照相机参数。例如，US2013/0274921A1描述了一种包括数字照相机的机器人系统，其中，机器人的可移动部已经取得贴附到可移动部的标志。数字照相机通过成像标志的移动范围来输出图像数据，并且校准器产生用于使图像数据的二维坐标系与可移动部的三维坐标系相关的转换参数。机器人和照相机参数的该同时优化的缺点是必须与机器人参数同时识别多个额外照相机参数。这将使得优化问题更难，并且限制参数的最终精确度。由此，需要用于识别机器人参数的更简单且更不复杂的方法。
技术实现思路
根据第一方面，目的至少部分由一种用于校准机器人的方法来实现，其中，所述机器人包括具有校准标志的可移动部。所述方法包括以下步骤：将所述校准标志定位于沿着照相机单元的光线的多个位置中；成像沿着所述光线的多个位置处的所述校准标志，以在容差k内建立沿着所述光线的所述校准标志的线位置P1…PN，同时监测所述机器人的关节值j1…jM；对于所述校准标志的各线位置P1…PN处的关节值j1…jM基于针对所述校准标志的产生的计算机器人位置P’1…P’N建立误差函数；通过基于所述误差函数解决优化问题来识别一组机器人运动学参数；以及借助于所识别的一组机器人运动学参数更新所述机器人的运动学模型。凭借该方法，可以将机器人参数的识别与照相机参数分离。照相机单元仅用于确定校准标志实际上沿着同一光线定位，并且不必精确确定照相机的参数。因为照相机误差由所提出的方法来消除，所以高精确度地识别机器人的运动学参数。与用更多未知参数(例如，照相机参数)解决优化问题相比，优化问题变得更容易解决，并且提高最终参数的精确度。该方法容易实施，这使得方法为用于校准机器人的廉价解决方案。除了通常早已存在的机器人照相机，不需要额外的硬件。进一步地，可以确定并由此校准除了机器人的运动学参数之外的其他参数。例如，可以建立校准标志的工具中心点的坐标。根据一个实施例，该方法包括以下步骤：将具有所述机器人的唯一方位的所述校准标志定位于所述校准标志的所述线位置P1…PN中的至少一些中。根据一个实施例，该方法包括以下步骤：执行迭代过程，以使得所述机器人在所述容差内沿着所述光线定位所述校准标志，以建立所述校准标志的线位置Pk。然后可以确保校准标志被定位为离光线足够近。根据一个实施例，该方法包括以下步骤：计算所述校准标志在成像所述校准标志的照相机单元的图像平面中的位置与所述照相机单元的所述图像平面中的所述光线的位置之间的误差，将所述误差与所述容差进行比较，以及基于所述比较的结果调整所述校准标志的所述位置，以便建立所述校准标志的线位置Pk。由此，通过使用照相机单元，可以建立照相机单元的位置的误差。根据一个实施例，所述误差函数计算拟合针对所述校准标志的产生的计算机器人位置P’1…P’N的线。通过建立位置的最佳拟合线，可以确定最佳运动学参数。所述误差函数可以基于使所述校准标志的所述产生的计算机器人位置P’1…P’N到所述线的距离最小化。根据一个实施例，优化问题包括使所述误差函数的误差最小化。机器人的最佳运动学参数可以通过找到给出具有最小误差的解决方案的参数来确定。根据一个实施例，所述校准标志的位置的数量N至少为六，以能够获取机器人的精确运动学参数并解决优化问题。根据第二方面，目的至少部分由一种被配置为执行该方法的机器人控制器来实现。根据第三方面，目的至少部分由一种包括照相机单元的机器人单元来实现，其中，所述机器人单元被配置为执行该方法。根据第四方面，目的至少部分通过使用机器人单元来实现。根据第五方面，目的至少部分用一种关于机器人系统的计算机程序P来实现，其中，所述计算机程序P包括被配置为使得计算机单元执行该方法的计算机指令。根据第六方面，目的至少部分用一种存储计算机程序代码的计算机可读介质来实现，该计算机程序代码用于在运行在与计算机单元关联的处理器上时执行该方法。根据第七方面，目的至少部分用一种机器人系统来实现。该机器人系统包括：具有可移动部的机器人，该可移动部具有校准标志；和具有所述机器人的运动学模型的机器人控制器，其中，所述机器人控制器被布置为基于控制输入在三维空间中控制所述可移动部。机器人系统还包括照相机单元，该照相机单元被布置为捕获所述可移动部上的所述校准标志的图像。机器人系统被布置为：将所述校准标志定位于沿着所述照相机单元的光线的多个位置中；在沿着所述光线的所述多个位置处成像所述校准标志，以在容差内建立沿着所述光线的所述校准标志的线位置P1…PN，同时监测所述机器人的关节值j1…jM；对于所述校准标志的各线位置P1…PN处的关节值j1…jM基于所述校准标志的产生的计算机器人位置P’1…P’N建立误差函数；通过基于所述误差函数解决优化问题来识别一组机器人运动学参数；并且借助于所识别的一组机器人运动学参数更新所述机器人的运动学模型。优选实施例在从属权利要求中且在具体实施方式中阐述。附图说明下面将参照附图详细描述本专利技术，附图中：图1示出了被布置有照相机单元的双臂机器人。图2图示了如何建立线位置Pk。图3图示了拟合到多个产生的计算位置P’k的线。图4示出了根据一个实施例的方法的流程图。具体实施方式图1图示了机器人系统14的示例。机器人系统14包括定义机器人坐标系Rf的机器人1和定义照相机坐标系Cf的对象识别单元2。机器人1为冗余机器人，并且具有七个自由度。图1中所示的机器人1为具有两个机器人臂3的双臂机器人，但本专利技术可以与所有类型的机器人一起使用。具体地，本专利技术还可应用于具有六个自由度的关节机器人。图1中的各机器人臂3具有串联连接的多个连杆。这些连杆中的每一个的移动可以为平移移动或围绕轴线的旋转或组合。这两个移动变化给予各连杆围绕或沿着在下文中将被称为关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校准机器人(1)的方法，其中，所述机器人(1)包括具有校准标志(13)的可移动部(4)，所述方法包括以下步骤：将所述校准标志(13)定位于沿着照相机单元(5)的光线(22)的多个位置中；成像沿着所述光线(22)的所述多个位置处的所述校准标志(13)，以在容差k内建立沿着所述光线(22)的所述校准标志(13)的线位置P1…PN，同时监测所述机器人(1)的关节值j1…jM；对于所述校准标志(13)的各线位置P1…PN处的关节值j1…jM基于针对所述校准标志(13)的产生的计算机器人位置P’1…P’N建立误差函数；通过基于所述误差函数解决优化问题来识别一组机器人运动学参数；以及借助于所识别的一组机器人运动学参数更新所述机器人(1)的运动学模型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于校准机器人(1)的方法，其中，所述机器人(1)包括具有校准标志(13)的可移动部(4)，所述方法包括以下步骤：将所述校准标志(13)定位于沿着照相机单元(5)的光线(22)的多个位置中；成像沿着所述光线(22)的所述多个位置处的所述校准标志(13)，以在容差k内建立沿着所述光线(22)的所述校准标志(13)的线位置P1…PN，同时监测所述机器人(1)的关节值j1…jM；对于所述校准标志(13)的各线位置P1…PN处的关节值j1…jM基于针对所述校准标志(13)的产生的计算机器人位置P’1…P’N建立误差函数；通过基于所述误差函数解决优化问题来识别一组机器人运动学参数；以及借助于所识别的一组机器人运动学参数更新所述机器人(1)的运动学模型。2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：将具有所述机器人(1)的唯一方位的所述校准标志(13)定位于所述校准标志(13)的所述线位置P1…PN中的至少一些中。3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：执行迭代过程，以使得所述机器人(1)在所述容差内沿着所述光线(22)定位所述校准标志(13)，以建立所述校准标志(13)的线位置Pk。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：计算所述校准标志(13)在成像所述校准标志(13)的照相机单元(5)的图像平面(19)中的位置与所述照相机单元(5)的所述图像平面(19)中的所述光线(22)的位置之间的误差，将所述误差与所述容差进行比较，以及基于所述比较的结果调整所述校准标志(13)的位置，以便建立所述校准标志(13)的线位置Pk。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述误差函数计算拟合针对所述校准标志(13)的产生的计算机器人位置P’1…P’N的线。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述误差函数基于使针对所述校准标志(13)的计算的机器人位置P’1…P’N到所述线的距离最小化。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，解决...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·伦德伯格，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH