一种嵌入式机器人在线自校准系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种嵌入式机器人在线自校准系统，该系统采用双目立体视觉系统安装于机器人本体之上，将特制的主动式靶标安置于机器人末端并随机器人一同移动，控制器控制主动靶标点亮与关闭，通过双目立体视觉原理获得机器人末端（夹具/工具）的三维位置坐标及轨迹，并将结果直接传入机器人控制器之中，对末端位置偏差进行自动补偿校准，从而形成全闭环控制。该技术方案具有范围大、非接触、高精度、在线实时校准、自动话自校准的特点，而且系统组成简单、成本低、集成性好、组装调试方便、可长期稳定可靠工作。期稳定可靠工作。期稳定可靠工作。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式机器人在线自校准系统


[0001]本技术涉及的是一种机器人校准系统，具体是一种嵌入式机器人在线自校准系统。

技术介绍

[0002]工业机器人的运动精度对于它在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。在工业机器人的制造生产中需要对组装好的机器人进行重复度和准确度检测，在工业机器人的使用过程之中也需要经常性地对机器人末端的位置精度进行测试与 校准。而机器人末端执行器位置参数（TCP）校准及轨迹校准是机器人离线编程及机器人末端工具误差校正的基础，研究快速、准确的校准方法对保证工业现场环境下机器人系统顺利正常工作至关重要。
[0003]目前工业机器人校准方法主要有以下几种：
[0004]（1）激光跟踪法：这是目前大部分的工业机器人生产商与应用商所采用的校准方法，在机器人末端安装反射镜，讲激光跟踪仪置于机器人附近并对转反射镜，利用激光跟踪仪实时测量机器人末端的三维空间坐标,由此实现机器人末端三维坐标的校准。该方法的优势在于非接触、精度高、测量范围大（上百米）、通用性强。但是，这种方法也存在着操作复杂、校准效率低、调试检测速度慢、生产线停机时间长、容易因遮光而产生中断等问题，而且对检测人员专业技能要求也很高，特别是整套成本高昂（百万以上），并不适合工业机器人大批量生产与应用的在线校准需求，仅用于周期间隔性的离线校准。
[0005]（2）拉绳法：这种方法采用3～4个拉绳传感器置于机器人附近，由机器人末端拉动所有绳的公共端并移动，由此实现对机器人末端空间三维坐标进行实时测量与校准。采用拉绳传感器组成的校准系统具有成本低（约30万）、适用性广的优点。但是，该方法术语接触时测量，组装调试费时费力、效能差、停机时间长，而且校准精度较低，因此使用也受到限制。
[0006]（3）双目立体视觉法：部分学者和厂商提出了基于双目立体视觉的校准方法，将双目立体视觉探头安装于机器人末端，在机器人附近某个位置安装特殊形状的检测器（例如球形靶标），通过对检测器进行检测来实现机器人末端三维坐标的在线校准。该方法具有非接触、成本低、通用性强的特点，而且可以实现在线校准等优势。但是，由于机器人工作现场存在大量的形状类似的目标和各种干扰因素（强光、电磁场等），非常容易误读误判，导致失效。因此，该方法通常只能对某个固定点局部区域被进行TCP校准，大范围轨迹校准的精度较低。
[0007]上述各种校准方法，所形成的仪器设备均置于机器人各工作空间的某处，与机器人相对独立，关联性小，集成性差。因此，使用过程中不可避免的存在调整周期长、工作效率低、需要人工介入操作事务多等弊端。因此，市场需要一种可嵌入机器人系统之中的自校准系统，而且精度高、成本低、集成性好、通用性强。

技术实现思路

[0008]本技术的目的在于针对现有工业机器人校准系统存在的问题与不足，提出一种嵌入式机器人在线自校准系统。该系统采用双目立体视觉系统安装于机器人本体之上，将特制的主动式靶标安置于机器人末端并随机器人一同移动，控制器控制主动靶标点亮与关闭，通过双目立体视觉原理获得机器人末端（夹具/工具）的三维位置坐标及轨迹，并将结果直接传入机器人控制器之中，对末端位置偏差进行自动补偿校准，从而形成全闭环控制。该技术方案具有范围大、非接触、高精度、在线实时校准、自动话自校准的特点，而且系统组成简单、成本低、集成性好、组装调试方便、可长期稳定可靠工作。
[0009]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]本技术的嵌入式机器人在线自校准系统的特殊之处在于，所述的校准系统由测量主机、主动靶标和控制器三个部分组成，其中：
[0011]所述的测量主机固定安装于机器人本体的基座之上，测量主机内置有双目立体视觉传感器，并受控制器控制进行图像同步采集工作；
[0012]所述的主动靶标固定安装于机器人本体的末端，并随机器人一同移动，主动靶标内置有发光光源，并受控制器控制点亮或者关闭；
[0013]所述的控制器安置于机器人附近，通过电缆与测量主机和主动靶标相连，对测量主机和主动靶标进行控制，并将检测结果传输到机器人控制器中进行校准。
[0014]本技术的嵌入式机器人自校准系统工作流程如下：在控制器的统一控制下，首先点亮主动靶标、测量主机采集含有主动靶标的前景图像，然后关闭主动靶标、测量主机再次获取含有主动靶标的背景图像，通过对两次图像进行差分处理后得到差分图像，并根据差分图像进行数据处理，最终获取主动靶标的三维坐标，并通过电缆提供给机器人控制器，实现在线实时自校准。
[0015]本技术的嵌入式机器人自校准系统具有精度高、非接触、范围大、成本低、操作简单、集成性好、通用性强的优势，可实现机器人在线实时自校准。
[0016]本技术的嵌入式机器人在线自校准系统的特殊之处还在于，所述的测量主机由相机、镜头、滤光片、接口插座和外壳组成，其中：
[0017]所述的相机为工业级相机，共有两个，分列于测量主机内部的两侧、对称布置，两个相机的光轴可以平行或者与对称轴呈一定角度；
[0018]所述的镜头为工业级镜头，共有两个，分别安装于左右两个相机之上；
[0019]所述的滤光片共有两个，为窄带滤光片，其中心波长与主动靶标光源的中心波长一致；两个滤光片分别安装于外壳之上、两个镜头之前的位置；
[0020]所述的接口插座为工业级通用插座，将两个相机与控制器相连；
[0021]所述的外壳为轻质金属材料制作，一方面固定两个相机与镜头，另一方面起到密封、防尘防水的作用，同时还起到将测量主机可靠固定到机器人本体之上的作用。
[0022]本技术的嵌入式机器人在线自校准系统的特殊之处还在于，所述的主动靶标由球形罩、光源和支架组成，其中：
[0023]所述的球形罩为半透明材质制成的球形物体，用于校准机器人末端三维位置之用；
[0024]所述的光源为窄带光源，由控制器进行控制打开或者关闭；光源既可以是可见光
光源，也可以是红外光源；
[0025]所述的支架用于将球形罩固定于机器人本体的末端，并随末端一同移动。
[0026]本技术的嵌入式机器人在线自校准系统的特殊之处还在于，所述的控制器为工业级一体式无风扇工控机，前端与测量主机和主动靶标相连、分别控制相机与光源，后端与机器人控制器相连、传输数据与指令。
附图说明
[0027]下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
[0028]图1为本技术的嵌入式机器人在线自校准系统组成原理示意图；
[0029]图2为本技术的测量主机组成原理示意图；
[0030]图3为本技术的主动靶标的原理示意图。
[0031]图中，1为测量主机，2为主动靶标，3为控制器，4为机器人本体，5为机器人控制器，6为相机，7为镜头，8为滤光片，9为接口插座，10为外壳，11为球形罩，12为光源，13为支架。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式机器人在线自校准系统，其特征在于：所述的校准系统由测量主机、主动靶标和控制器三个部分组成，其中：所述的测量主机固定安装于机器人本体的基座之上，测量主机内置有双目立体视觉传感器，并受控制器控制进行图像同步采集工作；所述的主动靶标固定安装于机器人本体的末端，并随机器人一同移动，主动靶标内置有发光光源，并受控制器控制点亮或者关闭；所述的控制器安置于机器人附近，通过电缆与测量主机和主动靶标相连，对测量主机和主动靶标进行控制，并将检测结果传输到机器人控制器中进行校准。2.根据权利要求1所述的嵌入式机器人在线自校准系统，其特征还在于：所述的测量主机由相机、镜头、滤光片、接口插座和外壳组成，其中：所述的相机为工业级相机，共有两个，分列于测量主机内部的两侧、对称布置，两个相机的光轴可以平行或者与对称轴呈一定角度；所述的镜头为工业级镜头，共有两个，分别安装于左右两个相机之上；所述的滤光片共有两个，为窄带滤光片，其中心波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵辉，吕娜，
申请(专利权)人：上海钊晟传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：