本发明专利技术公开了一种基于双目视觉的机器人TCP校准方法及装置，该方法包括：将双目视觉相机置于机器人末端执行器前端，将一个特征贴贴在机器人末端执行器端面，机器人运行多个位置，视觉系统分别检测识别机器人末端执行器多个位置的视觉坐标，计算实现双目视觉坐标系与机器人坐标系的标定；将多个特征贴贴在机器人末端执行器端面，双目视觉系统检测识别多个特征贴的坐标，通过多个特征贴的坐标拟合得到机器人末端执行器端面的平面法向量，实现机器人工具TCP的方向校准；将一个特征贴贴在机器人末端执行器端面，机器人工具TCP自转多个位置，双目视觉系统检测识别多个位置下的机器人末端执行器坐标，通过多个位置下的机器人末端执行器坐标拟合得到旋转中心坐标，实现机器人TCP的位置校准。本发明专利技术解决了机器人末端TCP因为加工、安装等因素引起的误差校准问题。安装等因素引起的误差校准问题。安装等因素引起的误差校准问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉的机器人TCP校准方法及装置
[0001]本专利技术涉及TCP标定
，具体涉及一种基于双目视觉的机器人TCP校准方法及装置。
技术介绍
[0002]随着国家工业集成化、信息化、智能化的深入发展，机器人灵活性与重复性精度等的提高，柔性多轴联动机器人在工业领域的应用越来越广泛。
[0003]其主要应用方式是借助机器人与专用工具的配合，去完成原本需要人工操作的工作。比如搬运大件较重的货物或者物品、搬运对人体有害的化学及其他物品以及人无法长期工作的环境，借助机器人与专用工具，这在一定程度上可以减轻工作对人体的损害，而且在一些情况下可以提升工作的效率与重复性工作的精度，又可以节省一定的劳动力支出。
[0004]在实际生产作业中，通常会把所需工具安装在机器人末端法兰盘上进行作业，而机器人工作时的实际运行轨迹是工具的TCP（Tool Control Point ）的运动轨迹，所以在进行正式的作业前，需要设定工具的TCP位置。对于一些特殊的工作作业，如借助末端执行器对被加工件进行钻孔、扩孔、激光冲击以及激光切割等加工作业时，要求工具完全垂直于被加工件的表面或者与已知的预制孔洞同轴，所以也需要得到机器人末端工具TCP的方向信息，确保其工具坐标系的Z轴方向与工具工作部分的钻头或者铣刀旋转轴径同轴。
[0005]因为，在实际的生产作业情况下，专用工具的安装与其制作可能会有一定的误差，如果在不进行校准的情况下进行工作，则会造成工件的精度较低，甚至损坏无法使用。
[0006]所以本专利技术的目的在于，通过设计一种基于双目立体视觉的TCP检测校准方法及装置，以求可以精确且高效的解决上述问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供了一种精确高效的机器人工具TCP位置及方向的校准方法及装置，以求解决机器人实际作业中对工具TCP位置与方向要求精度高以及效率高的工况。
[0008]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种基于双目视觉的机器人TCP校准方法，包括：视觉系统与机器人系统的标定；机器人工具TCP方向的校准；机器人工具TCP位置的校准。
[0009]可选地，进行视觉系统与机器人系统的标定，包括：获取第一个目标位置点视觉系统下的坐标，并记录下此位置点的机器人坐标系下坐标；机器人末端工具移动一定位置后，获取第二个目标位置点视觉系统下的坐标，并记录下此位置点的机器人坐标系下坐标；重复上面的步骤，至少移动4个目标位置点，并记录下视觉系统坐标与机器人坐标；通过最小二乘法拟合计算视觉系统与机器人坐标之间的位移及旋转关系，进行视觉系统与机器人系统的标定。
[0010]可选地，依据上述获得至少4个位置点的视觉系统坐标与机器人坐标，通过最小二乘法拟合计算视觉系统与机器人坐标之间的位移及旋转关系，进行视觉系统与机器人系统
的标定，包括：双目视觉系统已经进行标定；其目标位置点为贴于机器人末端工具的圆形特征贴；并让机器人末端工具在视觉系统范围内进行移动，从而记录各位置点机器人坐标与视觉系统下所计算的坐标，进而进行视觉系统与机器人系统的标定。
[0011]可选地，基于上述视觉系统与机器人系统的标定，进行机器人工具TCP方向的校准，包括：将多个圆形特征贴贴于机器人工具末端端面，视觉系统对多个特征贴端面进行拍照，并计算每个特征贴的空间坐标，进而通过最小二乘法拟合出机器人工具末端端平面法向量，所拟合出的平面法向量即为机器人工具TCP的Z轴方向。
[0012]可选地，依据上述机器人工具TCP方向的校准，其圆形特征贴个数没有具体要求，可根据精度要求可适当多设置几个。
[0013]可选地，基于上述机器人工具TCP方向的校准所得到的机器人工具TCP的Z轴方向对机器人工具TCP的位置进行校准，包括：依据所测得的机器人工具TCP的Z轴方向以及工具的设计尺寸，已初步设置机器人工具TCP位置。
[0014]可选地，机器人工具TCP的位置标定也可通过传统的接触式方式进行标定，本专利技术仅需初步的设置机器人工具TCP位置，所以采取较为简洁的方法，选取工具TCP的Z轴方向和工具的设计尺寸进行设定。
[0015]可选地，基于上述机器人工具TCP位置的标定，进而对机器人工具TCP的位置进行校准，包括：依据初步设置的机器人工具TCP位置和方向，控制机器人末端工具沿工具坐标系Z轴进行自转，自转的同时，视觉系统对多个位置点进行拍照，并检测多个目标定位点的空间位置，通过对多个位置点的多个目标定位点进行计算，可获得多个目标定位点的旋转中心，进而计算得到当前机器人工具TCP的位置在视觉系统下的坐标；视觉系统拍摄机器人末端工具端面，并计算其特征圆或边线特征，进而得到机器人末端工具中心在视觉系统坐标系下的坐标；两个坐标相减即为当前机器人工具TCP的位置误差。根据计算结果，即可调整机器人工具TCP位置进行校正。
[0016]根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种基于双目视觉的机器人TCP校准装置，包括：装置初始化模块，主要进行双目视觉系统的搭建，并进行相机参数与相机位置的标定；装置检测校准模块，用于视觉系统与机器人系统的标定、机器人工具TCP方向的校准以及机器人工具TCP位置的校准工作。
[0017]可选地，在装置初始化模块中进行双目视觉系统的搭建，并标定相机参数与相机位置。双目视觉系统包括，面阵相机#1、面阵相机#2、十字结构激光发生器、照射光源#1、照射光源#2和用于图像处理与计算的计算机；双目视觉系统的标定，可采用基于OpenCV的双目视觉系统标定方法，该方法分为两步：先对两个相机分别进行标定，得到内部参数，之后再对两个相机的位置关系进行标定。OpenCV采用的是张正友标定方法，标定时，采用棋盘格标靶，两个相机同时进行拍照，不同角度，不同位置各20张照片，并调用OpenCV双目相机标定程序stereo_calib.cpp进行相机的标定。
[0018]可选地，装置检测校准模块，采用原型特征立体匹配技术，借助圆形特征贴进行空间特征点定位。通过圆形特征贴实现特征空间定位是双目视觉系统常规手段，为了提高定位精度，首先通过特征质心技术得到特征圆的预估空间位置，然后根据特征圆在两个相机中的椭圆成像优化计算圆形特征贴的精确三维位置。
附图说明
[0019]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例的一种基于双目视觉的机器人TCP校准方法流程图。
[0020]图2为本专利技术实施例的一种可选的基于双目视觉的机器人TCP校准装置的示意图。
[0021]图3为本专利技术实施例的一种基于双目视觉的机器人TCP校准装置的结构示意图。其中，图3标记为：1
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面阵相机#1, 2
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光源#1，3
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十字结构光发生器，4
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光源#2, 5
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面阵相机#2, 6
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计算机。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的机器人TCP校准方法及装置，其特征在于，包括：双目视觉相机置于机器人末端执行器前端，将一个特征贴贴在机器人末端执行器端面，机器人平移多个第一位置，视觉系统分别识别检测特征贴在多个第一位置的多个第一视觉坐标，计算并实现双目视觉坐标系与机器人坐标系的标定；将多个特征贴贴在机器人末端执行器端面，双目视觉系统识别检测多个特征贴的多个坐标，通过多个特征贴的多个坐标拟合计算得到机器人末端执行器端面的平面法向量，实现机器人工具TCP的方向校准；将一个特征贴贴在机器人末端执行器端面，机器人工具TCP沿TCP坐标系Z轴自转多个第二位置，双目视觉系统识别检测多个第二特征贴多个第二位置下的多个第二视觉坐标，通过多个第二视觉坐标拟合得到旋转中心，实现机器人TCP的位置校准。2.根据权利要求1所述的机器人TCP校准方法，其特征在于，首先进行双目视觉坐标系与机器人坐标系标定，包括：双目视觉相机固定放置于机器人末端执行器前端，将一个圆形特征贴贴于机器人末端执行器上，机器人分别沿x，y，z三个方向平移多个第一位置，双目视觉系统检测特征贴在多个位置下的多个第一视觉坐标；根据机器人多个第一位置下的多个机器人坐标，以及上述多个第一视觉坐标，通过最小二乘法拟合计算视觉系统与机器人坐标之间的位移及旋转关系，完成双目视觉坐标系与机器人坐标系之间的位置关系标定。3.根据权利要求1所述的机器人TCP校准方法，其特征在于，通过双目视觉系统进行机器人工具TCP方向的校准，包括：将多个圆形特征贴贴于机器人末端执行器端面，机器人运行至末端执行器端面正对于双目视觉系统的第二位置，双目视觉系统识别机器人工具端面多个特征贴的多个第二空间坐标，通过最小二乘法拟合出多个第二空间坐标的平面方程：Ax+By+Cz+D=0所拟合出的平面的法向量即为机器人工具TCP的Z轴方向，根据TCP方向校准结果，重新设置机器人工具TCP。4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，王振文，张文昌，孙露萍，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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