机器人工具的标定方法和标定系统技术方案

本发明专利技术公开一种机器人工具的标定方法和标定系统。标定方法包括：提供校准工具和摄像机，校准工具上形成有具有规则的几何形状的校准特征，摄像机的光轴与竖直方向平行；将校准工具安装在机器人工具上，校准工具上的校准特征的几何中心点与机器人工具的中心点在竖直方向上对齐；用摄像机识别校准特征的几何中心点的初始位置；驱动机器人工具围绕竖直轴线旋转预定角度；用摄像机识别校准特征的几何中心点的终止位置；根据初始位置、终止位置和预定角度计算机器人工具的中心点相对于末端法兰盘的中心点的偏置距离；根据偏置距离标定机器人工具的中心点。本发明专利技术提高了机器人工具的标定精度和效率。

Calibration method and system of robot tools

【技术实现步骤摘要】
机器人工具的标定方法和标定系统
本专利技术涉及一种机器人工具的标定方法和标定系统。
技术介绍
在现有技术中，对于机器人工具的标定，一般采用人工示教的方法，例如，手动地控制机器人以多种不同的姿态(对于六轴机器人而言，一般为四种或更多种不同的姿态)将安装在机器人的法兰盘上的末端执行工具(或称为末端执行器)的中心移动到同一目标点。但是，由于需要通过人眼来判断末端执行工具的中心是否移动到同一目标点，因此，不可避免地会存在误差，导致末端执行工具的中心相对于机器人的法兰盘的中心的传递矩阵的标定不准确，而且手动地控制机器人以多种不同的姿态到达同一目标点和依靠人眼判断是否到达同一目标点的工作非常费时，影响工作效率。对于需要经常更换末端执行工具的机器人系统，在每更换一次末端执行工具之后，都要进行一次重新标定，非常麻烦，非常费时。在现有技术中，还曾提出过一种基于标定的视觉传感器自动执行机器人工具的标定的技术方案，在该技术方案中，在视觉传感器的引导下控制机器人以多种不同的姿态将安装在机器人的法兰盘上的末端执行工具的中心移动到同一目标点。与用人眼来判断末端执行工具的中心是否到达同一目标点相比，该技术方案省时省力。但是，在该技术方案中，视觉传感器需要识别末端执行工具的中心，由于末端执行工具的几何结构比较复杂，识别非常困难，特别是对于需要经常更换末端执行工具的机器人系统，每更换一次末端执行工具之后，都要重新识别末端执行工具的中心，非常麻烦，非常费时。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。根据本专利技术的一个目的，旨在于提供一种机器人系统的自动标定方法，其能够精确地且高效地完成机器人工具的标定工作。根据本专利技术的一个方面，提供一种机器人工具的标定方法，包括如下步骤：S100：提供一个校准工具和一个摄像机，所述校准工具上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征，所述摄像机的光轴与竖直方向平行；S200：将所述校准工具安装在机器人工具上，所述机器人工具安装在机器人的末端法兰盘上，所述校准工具上的所述校准特征的几何中心点与所述机器人工具的中心点在竖直方向上对齐；S300：用所述摄像机视觉识别所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的初始位置；S400：利用所述机器人驱动所述机器人工具围绕经过所述末端法兰盘的中心点的竖直轴线旋转预定角度；S500：用所述摄像机视觉识别所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的终止位置；S600：根据所述初始位置、所述终止位置和所述预定角度计算所述机器人工具的中心点相对于所述末端法兰盘的中心点的偏置距离；S700：根据计算出的偏置距离计算所述机器人工具的中心点在末端法兰盘坐标系中的坐标。根据本专利技术的一个实例性的实施例，所述校准特征为形成在所述校准工具中的圆形孔。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述机器人工具为抓取器，所述校准工具适于被直接抓取在所述机器人工具上。所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的初始位置用坐标(x1，y1)表示，所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的终止位置用坐标(x2，y2)表示；根据下面的公式计算所述机器人工具的中心点相对于所述末端法兰盘的中心点的偏置距离：其中D表示所述机器人工具的中心点相对于所述末端法兰盘的中心点的偏置距离；θ表示所述机器人工具围绕经过所述末端法兰盘的中心点的竖直轴线旋转的预定角度。根据本专利技术的另一个方面，提供一种机器人工具的标定系统，包括：校准工具，安装在机器人工具上，所述校准工具上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征；和摄像机，用于视觉识别所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的位置，所述机器人工具安装在机器人的末端法兰盘上，所述摄像机的光轴与竖直方向平行，所述校准工具上的所述校准特征的几何中心点与所述机器人工具的中心点在竖直方向上对齐。根据本专利技术的一个实例性的实施例，所述校准特征为形成在所述校准工具中的圆形孔。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述机器人工具为抓取器，所述校准工具适于被直接抓取在所述机器人工具上。在本专利技术的前述各个实施例中，在机器人工具上安装一个校准工具，该校准工具上的校准特征具有规则的几何形状，其中心容易识别，因此，提高了机器人工具的标定精度和效率。通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。附图说明图1显示根据本专利技术的一个实例性的实施例的机器人工具的标定系统的示意图；图2显示图1所示的机器人工具和安装在机器人工具上的校准工具的立体示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。根据本专利技术的一个总体技术构思，提供一种机器人工具的标定方法，包括如下步骤：提供一个校准工具和一个摄像机，所述校准工具上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征，所述摄像机的光轴与竖直方向平行；将所述校准工具安装在机器人工具上，所述机器人工具安装在机器人的末端法兰盘上，所述校准工具上的所述校准特征的几何中心点与所述机器人工具的中心点在竖直方向上对齐；用所述摄像机视觉识别所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的初始位置；利用所述机器人驱动所述机器人工具围绕经过所述末端法兰盘的中心点的竖直轴线旋转预定角度；用所述摄像机视觉识别所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的终止位置；根据所述初始位置、所述终止位置和所述预定角度计算所述机器人工具的中心点相对于所述末端法兰盘的中心点的偏置距离；根据计算出的偏置距离计算所述机器人工具的中心点在末端法兰盘坐标系中的坐标。根据本专利技术的另一个总体技术构思，提供一种机器人工具的标定系统，包括：校准工具，安装在机器人工具上，所述校准工具上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征；和摄像机，用于视觉识别所述校准特征的几何中心点在摄像机坐标系中的位置，所述机器人工具安装在机器人的末端法兰盘上，所述摄像机的光轴与竖直方向平行，所述校准工具上的所述校准特征的几何中心点与所述机器人工具的中心点在竖直方向上对齐。图1显示根据本专利技术的一个实例性的实施例的机器人工具的标定系统的示意图；图2显示图1所示的机器人工具120和安装在机器人工具120上的校准工具130的立体示意图。如图1和图2所示，在图示的实施例中，该机器人工具的标定系统主要包括校准工具130和摄像机200。如图1和图2所示，在图示的实施例中，校准工具130安装在机器人工具130上，校准工具130上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征131。机器人工具120安装在机器人100的末端法兰盘110上。机器人工具120的标定是指计算机器人工具120的中心点(TCP)在末端法兰盘坐标系中的坐标。请注意，机器人工具120的中心点(TCP)在末端法兰盘坐标系中的坐标时固定不变的。为了便于标定和提高标定效率，如图1和图2所示，在图示的实施例中，摄像机200的光轴与竖直方向Z平行，校准工具130上的校准特征131的几何中心点与机器人工具120的中心点在竖直方向Z上对齐。如图1和图2所示，在图示的实施例中，摄像机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人工具的标定方法，包括如下步骤：S100：提供一个校准工具(130)和一个摄像机(200)，所述校准工具(130)上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征(131)，所述摄像机(200)的光轴与竖直方向(Z)平行；S200：将所述校准工具(130)安装在机器人工具(120)上，所述机器人工具(120)安装在机器人(100)的末端法兰盘(110)上，所述校准工具(130)上的所述校准特征(131)的几何中心点与所述机器人工具(120)的中心点在竖直方向(Z)上对齐；S300：用所述摄像机(200)视觉识别所述校准特征(131)的几何中心点在摄像机坐标系中的初始位置；S400：利用所述机器人(100)驱动所述机器人工具(120)围绕经过所述末端法兰盘(110)的中心点的竖直轴线旋转预定角度；S500：用所述摄像机(200)视觉识别所述校准特征(131)的几何中心点在摄像机坐标系中的终止位置；S600：根据所述初始位置、所述终止位置和所述预定角度计算所述机器人工具(120)的中心点相对于所述末端法兰盘(110)的中心点的偏置距离；S700：根据计算出的偏置距离计算所述机器人工具(120)的中心点在末端法兰盘坐标系中的坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种机器人工具的标定方法，包括如下步骤：S100：提供一个校准工具(130)和一个摄像机(200)，所述校准工具(130)上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征(131)，所述摄像机(200)的光轴与竖直方向(Z)平行；S200：将所述校准工具(130)安装在机器人工具(120)上，所述机器人工具(120)安装在机器人(100)的末端法兰盘(110)上，所述校准工具(130)上的所述校准特征(131)的几何中心点与所述机器人工具(120)的中心点在竖直方向(Z)上对齐；S300：用所述摄像机(200)视觉识别所述校准特征(131)的几何中心点在摄像机坐标系中的初始位置；S400：利用所述机器人(100)驱动所述机器人工具(120)围绕经过所述末端法兰盘(110)的中心点的竖直轴线旋转预定角度；S500：用所述摄像机(200)视觉识别所述校准特征(131)的几何中心点在摄像机坐标系中的终止位置；S600：根据所述初始位置、所述终止位置和所述预定角度计算所述机器人工具(120)的中心点相对于所述末端法兰盘(110)的中心点的偏置距离；S700：根据计算出的偏置距离计算所述机器人工具(120)的中心点在末端法兰盘坐标系中的坐标。2.根据权利要求1所述的机器人工具的标定方法，其特征在于：所述校准特征(131)为形成在所述校准工具(130)中的圆形孔。3.根据权利要求1所述的机器人工具的标定方法，其特征在于：所述机器人工具(120)为抓取器，所述校准工具(130)适于被直接抓取在所述机器人工具...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓颖聪，张丹丹，胡绿海，谢逢春，刘云，吴海东，肖辉，鲁异，
申请(专利权)人：泰科电子上海有限公司，泰连公司，昆山市力格自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31