一种机器人标定系统及二维平面、三维空间运动标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种机器人标定系统及二维平面、三维空间运动标定方法，系统包括工业机器人和上位机，还包括：靶标，固装在所述工业机器人的末端；测量组件，设于所述工业机器人的周围，包括棱镜组件和相机，所述棱镜组件设置在靶标和相机之间，且相机的视轴和棱镜组件的光轴保持同轴；标定组件，设置在所述测量组件的视场内，且不与工业机器人干涉；上位机与相机和棱镜组件连接。与现有技术相比，本发明专利技术可由上位机控制棱镜组件并调整与其配套相机的视轴，实现对靶标中心位置的实时动态测量，通过构建机器人当前几何参数名义坐标与测量坐标的误差响应方程，寻求误差最小值时所对应的机器人当前几何参数，可实现机器人的在线标定。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人标定系统及二维平面、三维空间运动标定方法
本专利技术涉及机器人
，尤其是涉及一种机器人标定系统及二维平面、三维空间运动标定方法。
技术介绍
随着新一轮科技革命的提出，智能化工厂、智能化车间以及智能化生产线的不断发展，工业机器人具备灵活性、重复性以及负载能力强等特点已经广泛应用在焊接、汽车装配、宇航制造和搬运码垛等领域，而现阶段工业机器人的作业精度较难满足越来越高的加工制造精度要求。工业机器人误差主要包括杆件误差、关节转角误差等运动学误差以及环境温度变化和负载变化等非几何误差，其中运动学误差占总误差的90％，因此提高工业机器人精度的主要任务是消除工业机器人的运动学误差。机器人精度主要包括重复定位精度和绝对定位精度，工业机器人重复精度可达亚毫米量级，而绝对定位精度仅在毫米乃至厘米量级，提高机器人绝对定位精度水平具有重要意义。工业机器人标定技术可识别误差与误差参数关系，给予最合理的误差补偿策略，以最大程度的提高工业机器人作业精度。在先技术(申请号：CN201910167416.5，申请日：2019年3月6日“一种工业机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人标定系统，包括工业机器人(1)和上位机(4)，其特征在于，还包括：/n靶标(2)，固装在所述工业机器人(1)的末端；/n测量组件(3)，设于所述工业机器人(1)的周围，包括棱镜组件(31)和相机(32)，所述棱镜组件(31)设置在靶标(2)和相机(32)之间，且相机(32)的视轴和棱镜组件(31)的光轴保持同轴；/n标定组件(5)，设置在所述测量组件(3)的视场内，且不与工业机器人(1)干涉；/n所述上位机(4)与相机(32)和棱镜组件(31)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人标定系统，包括工业机器人(1)和上位机(4)，其特征在于，还包括：
靶标(2)，固装在所述工业机器人(1)的末端；
测量组件(3)，设于所述工业机器人(1)的周围，包括棱镜组件(31)和相机(32)，所述棱镜组件(31)设置在靶标(2)和相机(32)之间，且相机(32)的视轴和棱镜组件(31)的光轴保持同轴；
标定组件(5)，设置在所述测量组件(3)的视场内，且不与工业机器人(1)干涉；
所述上位机(4)与相机(32)和棱镜组件(31)连接。


2.根据权利要求1所述的一种机器人标定系统，其特征在于，所述棱镜组件(31)包括转镜组件(311)、编码器组件(312)和驱动组件(313)，所述转镜组件(311)分别与驱动组件(313)和编码器组件(312)连接。


3.根据权利要求2所述的一种机器人标定系统，其特征在于，所述转镜组件(311)包括安装座(3111)和设置在安装座(3111)上的齿轮二(3112)、套筒(3113)、镜套(3114)、棱镜(3115)和轴承(3116)，所述棱镜(3115)置于镜套(3114)内部，所述镜套(3114)固连在套筒(3113)中，所述套筒(3113)通过轴承(3116)固装在安装座(3111)上并与齿轮二(3112)连接。


4.根据权利要求3所述的一种机器人标定系统，其特征在于，所述编码器组件(312)包括设置在安装座(3111)上的胀套二(3121)、齿轮三(3122)和编码器(3123)，所述编码器(3123)的旋转轴通过胀套二(3121)与齿轮三(3122)连接，所述齿轮三(3122)与齿轮二(3112)啮合。


5.根据权利要求1所述的一种机器人标定系统，其特征在于，光线通过所述转镜组件(311)所形成的光学扫描域(9)不小于相机(32)的相机成像视场域(7)，所述相机(32)与转镜组件(311)共同形成的组合成像视场域(8)不小于相机成像视场域(7)。


6.一种采用所述权利要求1～5任一所述的机器人标定系统的二维平面运动机器人标定方法，其特征在于，包括：
A1、建立世界坐标系、机器人坐标系、测量组件坐标系、棱镜组件坐标系以及与棱镜组件(31)相匹配的相机坐标系；
A2、上位机(4)控制棱镜组件(31)，使相机(32)的视轴经过棱镜组件(31)无偏转出射，标定相机(32)的内参数和外参数，保持相机(32)不动；
A3、上位机(1)通过视觉跟踪算法调整棱镜组件(31)与其配套的相机(32)视轴，实现测量组件(3)对靶标(2)中心的实时动态测量，由坐标转换关系获得靶标(2)中心在世界坐标系下的测量坐标；由工业机器人(1)自身系统实时获得靶标(2)中心在机器人坐标系下的名义坐标，再由坐标转换关系获得靶标(2)中心在世界坐标系下的名义坐标；
A4、设置标定误差阈值ΔBf，构建机器人DH模型：
T＝f(a,α,d,θ)
式中，T为机器人末端位姿矩阵，a为连杆长度，α为扭角，d为偏置，θ为关节角；
A5、改变工业机器人(1)的姿态，重复A3实时得到靶标(2)中心在世界坐标系下的名义坐标和测量坐标，计算得到靶标(2)中心在世界坐标系下的名义坐标与测量坐标的误差ΔBc；
A6、比较误差ΔBc与误差阈值ΔBf，若ΔBc小于等于ΔBf，则输出工业机器人(1)当前DH模型参数a、α、d和θ，结束工业机器人(1)的标定，否则修正工业机器人(1)当前DH模型参数a、α、d和θ，重复A5～A6，直到ΔBc小于等于ΔBf。


7.根据权利要求6所述的一种机器人标定系统的二维平面运动标定方法，其特征在于，所述A3中靶标(2)中心在世界坐标系下的测量坐标的获得过程具体包括：
1)上位机(4)调整与棱镜组件(31)配套相机(32...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安虎，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31