机器人的工具坐标系的标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机器人的工具坐标系的标定方法及系统，标定方法包括：获取工具对应的测量起始点并获取其对应的第一图像；控制机器人的第一目标旋转轴旋转获取第二图像；控制机器人的第二目标旋转轴旋转获取第三图像；确定工具对应的初始工具坐标系和第一工具坐标系；获取第一目标旋转轴的第一轴数据和第二目标旋转轴的第二轴数据，获取法兰盘的法兰盘坐标系对应的目标矩阵来标定初始工具坐标系的坐标原点在法兰盘坐标系下的目标位置数据，标定初始工具坐标系在法兰盘坐标系下的轴方向数据。本发明专利技术中能够自动标定工具坐标系，不需要人工介入，从而提高了现有的对工具坐标系的标定精度，且整个标定过程都是单轴运动，并不受运动精度的影响。

【技术实现步骤摘要】
机器人的工具坐标系的标定方法及系统
本专利技术涉及自动化控制
，特别涉及一种机器人的工具坐标系的标定方法及系统。
技术介绍
在现有的机器人应用中，主要通过示教方式编制机器人程序(即依赖于示教/复现的运行方式)，对于工具坐标的设置精度的要求并不高，仅仅需要保证每次工具的安装位置没有超过某一设定偏差阈值即可。随着机器人在自动化领域的扩展应用，尤其是基于CAM(ComputerAidedManufacturing，计算机辅助制造)免示教的方式的机器人应用对于机器人工具坐标的设置要求越来越高。现有的对工具坐标系的标定方式为：使机器人处于不同的工具姿态，再用工具四次到达指定的点以标定工具坐标系的坐标原点的XYZ坐标，通过以示教机器人到不同的位置以描述工具坐标系的三个轴方向ABC，该标定方式存在如下缺陷：1)对于工具坐标系的标定完全依赖于人工对点操作，从而导致效率低且对工具坐标系的标定精度低等问题；同时，也会将机器人本体精度误差引入到测量的结果中，从而导致对工具坐标系的标定精度低等问题；2)由于不存在实际的轴对象，因此在大部分情况下依赖于人工的经验确定工具坐标系中的轴方向ABC，从而导致工具坐标系的标定精度低的问题；3)当工具不存在可用于对点的尖端时，不能进行工具坐标系的对点操作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有技术中工具坐标系的标定方式完全基于人工对点操作、确定工具坐标系中的轴方向ABC，容易导致对工具坐标系的标定精度低等缺陷，目的在于提供一种机器人的工具坐标系的标定方法及系统。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：本专利技术提供一种机器人的工具坐标系的标定方法，所述标定方法包括：获取机器人上的工具对应的测量起始点；采用成像系统获取所述工具在所述测量起始点处的第一图像；控制所述机器人的第一目标旋转轴旋转，并在旋转后采用所述成像系统获取所述工具对应的第二图像；控制所述工具恢复至所述测量起始点处，继续控制所述机器人的第二目标旋转轴旋转，并在旋转后采用所述成像系统获取所述工具对应的第三图像；其中，所述第一目标旋转轴的末端固设有法兰盘，所述工具固设在所述法兰盘上；所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴连接且正交；获取所述第一图像中的用于表征所述工具的特征点的第一位置数据，并根据所述第一位置数据确定所述工具对应的初始工具坐标系；获取所述第二图像和所述第三图像中的用于表征所述工具的所述特征点的第二位置数据，并根据所述第二位置数据确定所述工具对应的第一工具坐标系；其中，每次旋转操作后获取的所述第二图像均对应一个所述第一工具坐标系，每次旋转操作后获取的所述第三图像均对应一个所述第一工具坐标系；根据所述第一工具坐标系获取所述第一目标旋转轴的第一轴数据和所述第二目标旋转轴的第二轴数据；根据所述第一轴数据、所述第二轴数据以及所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴的交点数据，获取所述法兰盘的法兰盘坐标系对应的目标矩阵；根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系的坐标原点在所述法兰盘坐标系下的目标位置数据；根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系在所述法兰盘坐标系下的轴方向数据。较佳地，根据所述第一工具坐标系获取所述第一目标旋转轴的第一轴数据和所述第二目标旋转轴的第二轴数据的步骤包括：将每次旋转操作后获取的所述第二图像对应的所述第一工具坐标系转换至所述初始工具坐标系下，并获取对应的第一坐标系转换系数值，多个所述第一坐标系转换系数值构成第一工具坐标系序列；将每次旋转操作后获取的所述第三图像对应的所述第一工具坐标系转换至所述初始工具坐标系下，并获取对应的第二坐标系转换系数值，多个所述第二坐标系转换系数值构成第二工具坐标系序列；对所述第一工具坐标系序列进行拟合处理，获取所述第一目标旋转轴的所述第一轴数据；对所述第二工具坐标系序列进行拟合处理，获取所述第二目标旋转轴的所述第二轴数据。较佳地，所述根据所述第一轴数据、所述第二轴数据以及所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴的交点数据，获取所述法兰盘的法兰盘坐标系对应的目标矩阵的步骤包括：根据所述第一轴数据、所述第二轴数据以及所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴的交点数据，采用右手定则建立所述法兰盘坐标系；获取所述法兰盘坐标系对应的传递矩阵；对所述传递矩阵进行求逆计算，以得到所述目标矩阵。较佳地，所述根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系的坐标原点在所述法兰盘坐标系下的目标位置数据的步骤包括：获取所述目标矩阵中的坐标原点数据；标定所述坐标原点数据为所述初始工具坐标系的坐标原点在所述法兰盘坐标系下的目标位置数据；和/或，所述根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系在所述法兰盘坐标系下的轴方向数据的步骤包括：获取所述目标矩阵中的第一矩阵；其中，所述第一矩阵用于表征所述初始工具坐标系绕所述法兰盘坐标系中的三个轴分别旋转的角度值；根据所述角度值计算得到所述初始工具坐标系在所述法兰盘坐标系下的所述轴方向数据。较佳地，所述控制所述机器人的第一目标旋转轴旋转的步骤包括：控制所述机器人的所述第一目标旋转轴按照第一设定旋转增量进行旋转；判断所述第一目标旋转轴的旋转范围是否超过第一设定阈值，若是，则停止对所述第一目标旋转轴的旋转操作；和/或，所述控制所述机器人的第二目标旋转轴旋转的步骤包括：控制所述机器人的第二目标旋转轴按照第一设定旋转增量进行旋转；判断所述第二目标旋转轴的旋转范围是否超过第二设定阈值，若是，则停止对所述第二目标旋转轴的旋转操作。较佳地，所述获取机器人上的工具对应的测量起始点的步骤之前还包括：复位所述第二目标旋转轴的初始角度位置；和/或，所述获取机器人上的工具对应的测量起始点的步骤包括：标定所述成像系统的内参数；根据所述内参数移动所述机器人的位置，直至所述机器人移动至所述测量起始点；和/或，所述成像系统包括相机；和/或，所述机器人包括六轴机器人，所述第一目标旋转轴为所述六轴机器人的第六关节，所述第二目标旋转轴为所述六轴机器人的第五关节。本专利技术还提供一种机器人的工具坐标系的标定系统，所述标定系统包括起始点获取模块、第一图像获取模块、第二图像获取模块、第三图像获取模块、初始坐标系获取模块、第一坐标系获取模块、轴数据获取模块、目标矩阵获取模块、位置数据标定模块和轴方向数据标定模块；所述起始点获取模块用于获取机器人上的工具对应的测量起始点；所述第一图像获取模块用于采用成像系统获取所述工具在所述测量起始点处的第一图像；所述第二图像获取模块用于控制所述机器人的第一目标旋转轴旋转，并在旋转后采用所述成像系统获取所述工具对应的第二图像；所述第三图像获取模块用于控制所述工具恢复至所述测量起始点处，继续控制所述机器人的第二目标旋转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人的工具坐标系的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：/n获取机器人上的工具对应的测量起始点；/n采用成像系统获取所述工具在所述测量起始点处的第一图像；/n控制所述机器人的第一目标旋转轴旋转，并在旋转后采用所述成像系统获取所述工具对应的第二图像；/n控制所述工具恢复至所述测量起始点处，继续控制所述机器人的第二目标旋转轴旋转，并在旋转后采用所述成像系统获取所述工具对应的第三图像；/n其中，所述第一目标旋转轴的末端固设有法兰盘，所述工具固设在所述法兰盘上；所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴连接且正交；/n获取所述第一图像中的用于表征所述工具的特征点的第一位置数据，并根据所述第一位置数据确定所述工具对应的初始工具坐标系；/n获取所述第二图像和所述第三图像中的用于表征所述工具的所述特征点的第二位置数据，并根据所述第二位置数据确定所述工具对应的第一工具坐标系；/n其中，每次旋转操作后获取的所述第二图像均对应一个所述第一工具坐标系，每次旋转操作后获取的所述第三图像均对应一个所述第一工具坐标系；/n根据所述第一工具坐标系获取所述第一目标旋转轴的第一轴数据和所述第二目标旋转轴的第二轴数据；/n根据所述第一轴数据、所述第二轴数据以及所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴的交点数据，获取所述法兰盘的法兰盘坐标系对应的目标矩阵；/n根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系的坐标原点在所述法兰盘坐标系下的目标位置数据；/n根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系在所述法兰盘坐标系下的轴方向数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种机器人的工具坐标系的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：
获取机器人上的工具对应的测量起始点；
采用成像系统获取所述工具在所述测量起始点处的第一图像；
控制所述机器人的第一目标旋转轴旋转，并在旋转后采用所述成像系统获取所述工具对应的第二图像；
控制所述工具恢复至所述测量起始点处，继续控制所述机器人的第二目标旋转轴旋转，并在旋转后采用所述成像系统获取所述工具对应的第三图像；
其中，所述第一目标旋转轴的末端固设有法兰盘，所述工具固设在所述法兰盘上；所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴连接且正交；
获取所述第一图像中的用于表征所述工具的特征点的第一位置数据，并根据所述第一位置数据确定所述工具对应的初始工具坐标系；
获取所述第二图像和所述第三图像中的用于表征所述工具的所述特征点的第二位置数据，并根据所述第二位置数据确定所述工具对应的第一工具坐标系；
其中，每次旋转操作后获取的所述第二图像均对应一个所述第一工具坐标系，每次旋转操作后获取的所述第三图像均对应一个所述第一工具坐标系；
根据所述第一工具坐标系获取所述第一目标旋转轴的第一轴数据和所述第二目标旋转轴的第二轴数据；
根据所述第一轴数据、所述第二轴数据以及所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴的交点数据，获取所述法兰盘的法兰盘坐标系对应的目标矩阵；
根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系的坐标原点在所述法兰盘坐标系下的目标位置数据；
根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系在所述法兰盘坐标系下的轴方向数据。


2.如权利要求1所述的机器人的工具坐标系的标定方法，其特征在于，根据所述第一工具坐标系获取所述第一目标旋转轴的第一轴数据和所述第二目标旋转轴的第二轴数据的步骤包括：
将每次旋转操作后获取的所述第二图像对应的所述第一工具坐标系转换至所述初始工具坐标系下，并获取对应的第一坐标系转换系数值，多个所述第一坐标系转换系数值构成第一工具坐标系序列；
将每次旋转操作后获取的所述第三图像对应的所述第一工具坐标系转换至所述初始工具坐标系下，并获取对应的第二坐标系转换系数值，多个所述第二坐标系转换系数值构成第二工具坐标系序列；
对所述第一工具坐标系序列进行拟合处理，获取所述第一目标旋转轴的所述第一轴数据；
对所述第二工具坐标系序列进行拟合处理，获取所述第二目标旋转轴的所述第二轴数据。


3.如权利要求1所述的机器人的工具坐标系的标定方法，其特征在于，所述根据所述第一轴数据、所述第二轴数据以及所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴的交点数据，获取所述法兰盘的法兰盘坐标系对应的目标矩阵的步骤包括：
根据所述第一轴数据、所述第二轴数据以及所述第一目标旋转轴和所述第二目标旋转轴的交点数据，采用右手定则建立所述法兰盘坐标系；
获取所述法兰盘坐标系对应的传递矩阵；
对所述传递矩阵进行求逆计算，以得到所述目标矩阵。


4.如权利要求1所述的机器人的工具坐标系的标定方法，其特征在于，所述根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系的坐标原点在所述法兰盘坐标系下的目标位置数据的步骤包括：
获取所述目标矩阵中的坐标原点数据；
标定所述坐标原点数据为所述初始工具坐标系的坐标原点在所述法兰盘坐标系下的目标位置数据；和/或，
所述根据所述目标矩阵标定所述初始工具坐标系在所述法兰盘坐标系下的轴方向数据的步骤包括：
获取所述目标矩阵中的第一矩阵；
其中，所述第一矩阵用于表征所述初始工具坐标系绕所述法兰盘坐标系中的三个轴分别旋转的角度值；
根据所述角度值计算得到所述初始工具坐标系在所述法兰盘坐标系下的所述轴方向数据。


5.如权利要求1所述的机器人的工具坐标系的标定方法，其特征在于，所述控制所述机器人的第一目标旋转轴旋转的步骤包括：
控制所述机器人的所述第一目标旋转轴按照第一设定旋转增量进行旋转；
判断所述第一目标旋转轴的旋转范围是否超过第一设定阈值，若是，则停止对所述第一目标旋转轴的旋转操作；和/或，
所述控制所述机器人的第二目标旋转轴旋转的步骤包括：
控制所述机器人的第二目标旋转轴按照第一设定旋转增量进行旋转；
判断所述第二目标旋转轴的旋转范围是否超过第二设定阈值，若是，则停止对所述第二目标旋转轴的旋转操作。


6.如权利要求1所述的机器人的工具坐标系的标定方法，其特征在于，所述获取机器人上的工具对应的测量起始点的步骤之前还包括：
复位所述第二目标旋转轴的初始角度位置；和/或，
所述获取机器人上的工具对应的测量起始点的步骤包括：
标定所述成像系统的内参数；
根据所述内参数移动所述机器人的位置，直至所述机器人移动至所述测量起始点；和/或，
所述成像系统包括相机；和/或，
所述机器人包括六轴机器人，所述第一目标旋转轴为所述六轴机器人的第六关节，所述第二目标旋转轴为所述六轴机器人的第五关节。


7.一种机器人的工具坐标系的标定系统，其特征在于，所述标定系统包括起始点获取模块、第一图像获取模块、第二图像获取模块、第三图像获取模块、初始坐标系获取模块、第一坐标系获取模块、轴数据获取模块、目标矩阵获取模块、位置数据标定模块和轴方向数据标定模块；
所述起始点获取模块用于获取机器人上的工具对应的测量起始点；
所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：安杰，
申请(专利权)人：上海铼钠克数控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31