一种机械手末端工具标定的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机械手末端工具标定的控制方法，其包括以下步骤：系统控制机械手运动并确保标志点位于拍摄视野内，系统记录下所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的空间位置；系统控制所述机械手绕第一空间轴旋转θ1角，并移动所述机械手，使得所述标志点的中心返回至所述标志点原来所在的空间位置P0，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P2；系统控制所述机械手绕第二空间轴旋转θ2角，记录所述标志点在拍摄视野内的像素坐标(u1，v1)；并移动所述机械手，使得所述标志点的中心返回至所述标志点原来所在的空间位置P0；以及一种机械手末端工具标定的控制系统。本方案标定结果稳定，无人为误差，广泛应用于机械手控制领域。

A control method and system for end tool calibration of manipulator

The present invention discloses a control method for the end tool calibration of a mechanical hand, which includes the following steps: the system controls the motion of the manipulator and ensures that the mark point is located in the shooting field, the position and position of the mechanically manipulated disc P1 and the space position of the mark point are systematically recorded, and the system controls the manipulator to circle the first space axis. Rotate theta 1 angles, and move the manipulator so that the center of the mark point is returned to the space position P0 where the mark point is originally located, and the position P2 of the mechanically manipulated disk is recorded at this time; the system controls the manipulator to rotate the theta 2 angles around the second space axis, and record the pixel coordinates (U1, V) of the target point in the photographed field of vision. 1); and move the manipulator, so that the center of the mark point is returned to the space position P0 where the mark point originally is, and a control system demarcated by the end tool of the manipulator. The calibration results are stable, and no one is error. It is widely used in the field of manipulator control.

【技术实现步骤摘要】
一种机械手末端工具标定的控制方法及系统
本专利技术涉及机械手控制领域，具体为机械手末端工具标定的控制方法及系统。
技术介绍
随着工业化的不断深入，工业机器人在世界范围内得到快速发展与推广应用。工业机器人在使用过程中还面临一些亟待解决的问题，其中一个比较关键的问题是工具标定问题。工具是固定安装在工业机器人机械臂末端法兰盘上的特殊部件，例如吸盘、焊枪、夹具等装置，为方便工具的使用以及路径规划需要在工具上建立工具坐标系，工具坐标系的原点被称为工具中心点TCP(ToolCenterPoint)，例如吸盘中心、焊枪焊口。工具标定是为了获得工具中心点与机械手末端法兰盘之间的偏移关系。传统工具标定需要操作员按照机器人指示做出几个特殊的姿态，但是此方法不仅操作复杂还引入了人工误差。工具标定引入的误差会直接导致机器人在制造过程中的良品率降低，甚至引发安全事故。现有的常用方法有三种，第一种是利用空间坐标仪、自动经纬仪、坐标测量机等高精度空间测量设备直接获得工具中心点与机械手法兰盘之间的相对位置关系。第二种是利用机械手工具末端保持同一位置在空间中做出特定的一组姿势，从而获得工具中心点到机械手法兰面之间的相对位置关系。第三种是利用一些测量传感器比如激光、位置传感器配合机械手做一些姿态求解算出工具参数。第一种方法虽然精度高但是所需要的设备昂贵且操作复杂。第二种虽然无需外部设备也可比较精确的获得工具的参数，但对机械手操作人员要求苛刻，效率低下，且会引入人为的误差。第三种方式虽然在一定程度上简化了标定过程，操作相对复杂而且存在对安装方式的精度要求较高、需要的外部设备通用性不高等缺点；且在第二种第三种方案中均存在求解工具z方向结果时操作复杂，精度低的问题。综上，该技术有必要进行改进。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种机械手末端工具标定的控制方法及系统。本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术提供一种机械手末端工具标定的控制方法，其包括以下步骤：系统控制机械手运动并确保标志点位于拍摄视野内，系统记录下所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的(u0，v0)空间位置P0；系统控制所述机械手绕第一空间轴旋转θ1角，并移动所述机械手，使得所述标志点的中心返回至所述标志点原来所在的空间位置P0，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P2；系统控制所述机械手绕第二空间轴旋转θ2角，记录所述标志点在拍摄视野内的像素坐标(u1，v1)；系统记录此时机械手法兰盘的位姿P3；系统控制所述机械手再次绕所述第一空间轴旋转θ3角，并移动所述机械手，使得所述标志点在拍摄视野内的像素坐标为(u1，v1)，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P4；系统根据上述数据，确定出所述机械手末端工具的参数。作为该技术方案的改进，所述方法还包括系统根据所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的空间位置P0、机械手法兰盘的位姿P2确定出所述机械手末端工具在空间平面上的第一偏移量。作为该技术方案的改进，所述方法还包括系统根据所述机械手法兰盘的位姿P3和位姿P4确定出所述机械手末端工具在空间平面上的第二偏移量。作为该技术方案的改进，所述第一空间轴和第二空间轴不同。进一步地，所述标志点的形状为圆形或正方形。进一步地，所述第一空间轴为z轴，所述第二空间轴为y轴。进一步地，所述标志点位于所述机械手末端工具上。另一方面，本专利技术还提供一种机械手末端工具标定的控制系统，其包括：初始状态控制模块，用于执行步骤系统控制机械手运动并确保标志点位于拍摄视野内，系统记录下所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的(u0，v0)空间位置P0；第一状态控制模块，用于执行步骤系统控制所述机械手绕第一空间轴旋转θ1角，并移动所述机械手，使得所述标志点的中心返回至所述标志点原来所在的空间位置P0，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P2；第二状态控制模块，用于执行步骤系统控制所述机械手绕第二空间轴旋转θ2角，记录所述标志点在拍摄视野内的像素坐标(u1，v1)；系统记录此时机械手法兰盘的位姿P3；第三状态控制模块，用于执行步骤系统控制所述机械手再次绕所述第一空间轴旋转θ3角，并移动所述机械手，使得所述标志点在拍摄视野内的像素坐标为(u1，v1)，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P4；系统根据上述数据，确定出所述机械手末端工具的参数。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对机械手工具标定过程操作复杂、耗时长且精度低等问题，提出一种工具标定的方法，该方法可配合视觉或者人工手动操作，可实现工具的快速精确标定。本方案通过两步控制进行机械手末端工具标定，第一步中通过绕其中一轴旋转确保标志点中心处于同一位置，计算出其中一方向偏移量；第二步中通过绕另一轴旋转一个任意角度，然后再绕第一轴旋转并保证标志点位于同一位置，计算另一方向偏移量；其对机械手控制要求很低，按照本专利技术的方法在保证标定结果准确的情况下，可使得标定过程大大简化；且无需特殊的外部设备，计算结果精确，尤其是在配合视觉时可以实现标定过程无人工干预，标定结果稳定，无人为误差。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：图1是本专利技术第一实施例的示意图；图2是本专利技术第二实施例的示意图；图3是本专利技术第三实施例的示意图；图4是本专利技术第一实施例在相机视野内的示意图；图5是本专利技术第一实施例的平面标定点位关系示意图；图6是本专利技术第一实施例的标定z方向时各点关系立体图；图7是本专利技术第一实施例的基于工具的点位关系仰视图；图8是本专利技术第一实施例的基于工具的一般点位关系图；图9是本专利技术第一实施例的旋转180度时点位关系图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。参照图1至图9，本专利技术提供一种机械手末端工具标定的控制方法，其包括以下步骤：系统控制机械手运动并确保标志点位于拍摄视野内，如图4所示，为本专利技术第一实施例在相机视野内的示意图，系统记录下所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的(u0，v0)空间位置P0；系统控制所述机械手绕第一空间轴旋转θ1角，并移动所述机械手，使得所述标志点的中心返回至所述标志点原来所在的空间位置P0，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P2；系统控制所述机械手绕第二空间轴旋转θ2角，记录所述标志点在拍摄视野内的像素坐标(u1，v1)；系统记录此时机械手法兰盘的位姿P3；系统控制所述机械手再次绕所述第一空间轴旋转θ3角，并移动所述机械手，使得所述标志点在拍摄视野内的像素坐标为(u1，v1)，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P4；系统根据上述数据，确定出所述机械手末端工具的参数。作为该技术方案的改进，所述方法还包括系统根据所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的空间位置P0、机械手法兰盘的位姿P2确定出所述机械手末端工具在空间平面上的第一偏移量。作为该技术方案的改进，所述方法还包括系统根据所述机械手法兰盘的位姿P3和位姿P4确定出所述机械手末端工具在空间平面上的第二偏移量。作为该技术方案的改进，所述第一空间轴和第二空间轴不同。进一步地，所述标志点的形状为圆形或正方形。参照图1至图3，作为该技术方案的改进，所述标志点的形状为圆形或正方形等。进一步地，所述第一空间轴为z轴，所述第二空间轴为y轴。其中所述标志点位于所述机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械手末端工具标定的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：系统控制机械手运动并确保标志点位于拍摄视野内，系统记录下所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的(u0，v0)空间位置P0；系统控制所述机械手绕第一空间轴旋转θ1角，并移动所述机械手，使得所述标志点的中心返回至所述标志点原来所在的空间位置P0，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P2；系统控制所述机械手绕第二空间轴旋转θ2角，记录所述标志点在拍摄视野内的像素坐标(u1，v1)；系统记录此时机械手法兰盘的位姿P3；系统控制所述机械手再次绕所述第一空间轴旋转θ3角，并移动所述机械手，使得所述标志点在拍摄视野内的像素坐标为(u1，v1)，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P4；系统根据上述数据，确定出所述机械手末端工具的参数。

【技术特征摘要】
1.一种机械手末端工具标定的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：系统控制机械手运动并确保标志点位于拍摄视野内，系统记录下所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的(u0，v0)空间位置P0；系统控制所述机械手绕第一空间轴旋转θ1角，并移动所述机械手，使得所述标志点的中心返回至所述标志点原来所在的空间位置P0，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P2；系统控制所述机械手绕第二空间轴旋转θ2角，记录所述标志点在拍摄视野内的像素坐标(u1，v1)；系统记录此时机械手法兰盘的位姿P3；系统控制所述机械手再次绕所述第一空间轴旋转θ3角，并移动所述机械手，使得所述标志点在拍摄视野内的像素坐标为(u1，v1)，系统记录此时机械手法兰盘的位姿P4；系统根据上述数据，确定出所述机械手末端工具的参数。2.根据权利要求1所述的机械手末端工具标定的控制方法，其特征在于：所述方法还包括系统根据所述机械手法兰盘的位姿P1及所述标志点所在的空间位置P0、机械手法兰盘的位姿P2确定出所述机械手末端工具在空间平面上的第一偏移量。3.根据权利要求2所述的机械手末端工具标定的控制方法，其特征在于：所述方法还包括系统根据所述机械手法兰盘的位姿P3和位姿P4确定出所述机械手末端工具在空间平面上的第二偏移量。4.根据权利要求1至3任一项所述的机械手末端工具标定的控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东，张彦阳，田劲东，田勇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44