一种机器人直线轨迹特性测量方法，其特征在于：利用结构光３Ｄ视觉测量原理，采用线结构光与ＣＣＤ摄像机结合构成传感器，形成结构光反射成象的几何模型，通过传感器在运动中对参考物体连续扫描成象，运用视觉图象处理技术，计算出传感器相对参考物体坐标系的连续位姿关系；以实现对机器人直线轨迹性能的检测。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于机器人
，具体地说是一种机器人直线轨迹特性测量方法及所用测量装置。
技术介绍
机器人直线轨迹特性是工业机器人的一项重要技术性能指标。直线轨迹的检测，为工业机器人的整体和单元的性能评估、品质特性提供了重要的科学依据。因此，机器人直线轨迹检测技术和装备的研究对提高机器人学的研究水平，促进产业化的发展具有重要意义。测量机器人的直线轨迹特性方法可分为接触式测量和非接触式测量两大类。接触式测量的测量设备直接与机器人末端执行器耦合，从耦合方式上又可分为机械耦合测量和球测量，如Bryan(参见文献J.B.Bryan，“Asimple method for testing measuring machine and machine tools，Part 1Principles and applications，”Precision Eng.，vol.4，no.2，pp.61～69，1982.)给出的机械耦合测量方法和Vira和Estler(参见文献N.Vira and T.Estler，“Use of a contact-type measurement device to detect robots’hand positions，”ISA Trans.，vol.29，no.4，pp.21-40，1990.)描述的球形坐标测量装置。由于这些方法都与机器人手臂产生动态干涉和机械耦合，缺乏安全性和真实性，因此实用性受到了限制。非接触性测量由于没有接触，因此具有安全、真实的特点。根据测量原理的不同又可分为基于接近觉传感器(参见文献M.Priel，“Evaluatingthe performance of industrial robots”，in Robotics Res.，Winter Ann.Mtg.ASME，Dec.1989，pp.63～67)，摄影测量(参见文献Selcom AB，“Acomplete System for Sophisticated Motion Analysis.”Partille，Sweden.)，光学三角测量(参见文献J.H. Gilby and G.A.Parker，“Laser tracking systemto measure robot arm performance，”Sensor Rev.，pp.180～184，Oct.1982；J.R.R.Mayer and G.A.Parker，“A Portable Instrument for 3D DynamicRobot Measurements Using Triangulation and Laser Tracking”，IEEETransactions on Robotics and Automation，1994，10(4)504～516)，多边测量(参见文献L.G.Roberts，“The Lincoln Wand”，MIT Lincoln Lab.Rep.，Lexington，MA，June 1966)和球坐标测量(参见文献K.Lau，R.Hocken，and W.Haight“Automatic laser tracking interferometer system forrobot metrology”，Precision Eng.，vol.8，no.1，pp.3-8；Jan.1986)等。基于接近觉传感器的测量方法受分辨率的限制其测量空间小，适应性差。摄影测量也受制于分辨率和准确率的限制而无法满足在所需空间做精密检测。光学三角测量(包括激光跟踪)是目前研究较多的轨迹测量方法，但普遍造价高，使用条件苛刻。其他多边测量和球坐标测量等也都存在实用性不足的问题而受到应用限制。上述各种机器人轨迹测试方法大多为国外研究开发的。国内80年代也研究过接触式轨迹测量系统，但并未实用化。90年代曾引进过几何激光轨迹测量设备，但价格极高。因此，具有自主知识产权的机器人轨迹检测设备在国内尚属空白。
技术实现思路
为了克服上述不足，本专利技术的目的是提供一种基于视觉的、造价低廉、实用性强的机器人直线轨迹特性测量方法及所用测量装置。本专利技术技术方案是利用结构光3D视觉测量原理，采用线结构光与CCD摄像机结合构成传感器，形成结构光反射成象的几何模型，通过传感器在运动中对参考物体连续扫描成象，运用视觉图象处理技术，计算出传感器相对参考物体坐标系的连续位姿关系；当传感器安装在机器人末端关节且沿参考物体坐标系中的一直线运动时，这种连续的位姿关系就反映出机器人末端做直线运动时的轨迹状况，以实现对机器人直线轨迹性能的检测；设定参考物体坐标系F、机器人末端坐标系E、传感器坐标系S，则这三个坐标系之间的位姿关系如公式由公式(2)决定MFE＝MFS·MSE(2)所述MSE为机器人末端坐标系E、传感器坐标系S之间的位姿关系，采用手眼标定方法得出；所述参考物体坐标系F和机器人末端坐标系E之间位姿关系MFE计算为根据结构光的3D视觉计算机理，当线光源投射到所述轨道上时，在所述三个棱上的成像形成三个拐点A、B、C，确定这三个拐点在F和S下的坐标，可求出S相对F的位姿关系MFS；其中三个拐点A、B、C在S下的坐标可由传感器形成的几何模型和成象位置计算出；在F下的坐标计算由下述方法计算定义F在量轨上，平面DCB′为量轨的横切面，且与YFZF平面平行，F的原点始终定义在点C上，平面ABC为线结构光投射在量轨上所形成，直线 的长度由机械加工尺寸确定，直线 的长度可以根据A、C两点在S坐标系下的坐标求出，则点A在F下的坐标AF(XAF，YAF，ZAF)为 其中，h为量轨棱高；同理，可得到点B在F下的坐标BF(XBF，YBF，ZBF)为 根据结构光投射的角度，定义XBF的正负；且指定S沿量轨长轴运动时，各轴方向不变；所述MFS通过测量计算拐点A、B、C在量轨模型F和传感器S下的坐标求出后求解S与F间的位姿变换关系MFS，MFS与三个拐点的表达公式为(5)再利用矩阵求解法可解出MFS；(AF，BF，CF)＝MFS(AS，BS，CS) (5)所述机器人直线轨迹特性测量方法所用测量装置，由传感器(包含CCD摄像机、激光器、反射镜)、量轨构成，其中将所述CCD摄像机、激光器、反射镜安装在箱体内构成传感器，激光器提供光源，反射镜与传感器成45度角安装，量轨位于传感器下方，整体倒“V”形，具有三个沿长棱，当线光源投射到该轨道上时，在所述三个棱上的成像形成三个拐点A、B、C；场景在传感器上成象后的图象信号送至计算机处理；所述传感器采用视觉传感器。本专利技术的优点在于1.本专利技术为基于视觉的、造价低廉、实用的非接触式机器人直线轨迹测量系统，它利用结构光几何成像原理和视觉图象处理技术，通过实时轨迹图象记录，离线处理方式，实现了机器人直线轨迹与重复性测量。2.使用方便、低成本，高性能。本专利技术采用结构光视觉测量方式，对设备和使用条件无需苛刻的要求，使机器人直线轨迹性能检测得以在低成本，使用简便的情况下实现，满足了我国现阶段机器人学研究和产业化的需求，且解决了机器人轨迹性能测量在机器人研究与开发中的一个难题。3.实用性强。本专利技术位置测量原理合理，技术实用，具有重要的应用价值，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：董再励，郝颖明，周静，朱枫，王俊，欧锦军，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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