机械臂标定、示教方法、装置、示教笔及应用制造方法及图纸

本发明专利技术适用于机械臂示教技术领域，提供一种机械臂标定、示教方法、装置、示教笔及应用，通过控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在世界坐标系下的坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标；控制机械臂的末端对准示教笔的中心并获取机械臂的末端在机械臂坐标系下的坐标，得到机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标；根据示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标和机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标，获取世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵；根据物体对世界坐标系的转换矩阵和世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵，获取物体对机械臂坐标系的转换矩阵，可以自动控制机械臂运动至示教点，有效减少人工工作量，提高示教效率。提高示教效率。提高示教效率。

【技术实现步骤摘要】
机械臂标定、示教方法、装置、示教笔及应用


[0001]本专利技术属于机械臂示教
，尤其涉及一种机械臂标定、示教方法、示教方法、装置、示教笔及应用。

技术介绍

[0002]现有机械臂示教方法是控制机械臂运动到指定位置或者运动一段指定轨迹，一般是通过手持示教器运动至示教点并人工操作位于示教器的运动点位处的按钮实现；或者，通过人工拖动机械臂运动到示教点实现。手持示教器进行示教需要人手眼协同，不停的调整位置；人工拖动机械臂需要拖动到达指定位置，并且一般的机械臂并不支持人工拖动，进行轨迹运动示教时，需要人工控制示教笔或机械臂运动至多个示教点，工作量大。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种机械臂标定方法、示教方法、装置、示教笔、系统、终端设备及存储介质，以解决现有的机械臂示教方法工作量大的问题。
[0004]本专利技术实施例的第一方面提供一种机械臂标定方法，包括：
[0005]当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在世界坐标系下的坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标，N为大于或等于2的整数；
[0006]当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制机械臂的末端对准示教笔的中心并获取机械臂的末端在机械臂坐标系下的坐标，得到机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标；
[0007]根据示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标和机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标，获取世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵；
[0008]根据物体对世界坐标系的转换矩阵和世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵，获取物体对机械臂坐标系的转换矩阵。
[0009]本专利技术实施例的第二方面提供一种机械臂示教方法，基于本专利技术实施例的第一方面所述的机械臂标定方法实现，包括：
[0010]当示教笔在相机的视野内运动时，控制相机以预设采样频率采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在物体坐标系下的M个坐标；其中，M为大于或等于1的整数
[0011]根据物体对机械臂坐标系的转换矩阵和示教笔的中心在物体坐标系下的M个坐标，获取示教笔的中心在机械臂坐标系下的M个坐标；
[0012]根据示教笔的中心在机械臂坐标系下的M个坐标，控制机械臂在M个示教点之间运动。
[0013]本专利技术实施例的第三方面提供一种机械臂标定装置，包括：
[0014]第一标定坐标获取单元，用于当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在世界坐标系下的坐标，得到示
教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标，N为大于或等于2的整数；
[0015]第二标定坐标获取单元，用于当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制机械臂的末端对准示教笔的中心并获取机械臂的末端在机械臂坐标系下的坐标，得到机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标；
[0016]第一转换矩阵获取单元，用于根据示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标和机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标，获取世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵；
[0017]第二转换矩阵获取单元，用于根据物体对世界坐标系的转换矩阵和世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵，获取物体对机械臂坐标系的转换矩阵。
[0018]本专利技术实施例的第四方面提供一种机械臂示教装置，包括：
[0019]第一示教坐标获取单元，用于当示教笔在相机的视野内运动时，控制相机以预设采样频率采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在物体坐标系下的M个坐标；其中，M为大于或等于1的整数
[0020]第二示教坐标获取单元，用于根据物体对机械臂坐标系的转换矩阵和示教笔的中心在物体坐标系下的M个坐标，获取示教笔的中心在机械臂坐标系下的M个坐标；
[0021]运动控制单元，用于根据示教笔的中心在机械臂坐标系下的M个坐标，控制机械臂在M个示教点之间运动。
[0022]本专利技术实施例的第五方面提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，还包括与处理器连接的机械臂和相机，或者，与机械臂和相机通信连接，处理器执行计算机程序时实现本专利技术实施例的第一方面提供的机械臂标定方法的步骤或第二方面提供的机械臂示教方法的步骤。
[0023]本专利技术实施例的第六方面提供一种示教笔，包括标定板、笔杆及针尖；
[0024]标定板的一个表面设置有标定图案，标定板的另一个表面与笔杆的一端的连接，笔杆的另一端与针尖连接，针尖的中轴线穿过标定图案的几何中心。
[0025]本专利技术实施例的第七方面提供一种机械臂标定示教系统，包括本专利技术实施例的第五方面提供的终端设备以及第六方面提供的示教笔。
[0026]本专利技术实施例的第八方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本专利技术实施例的第一方面提供的机械臂标定方法的步骤或第二方面提供的机械臂示教方法的步骤。
[0027]本专利技术实施例的第一方面提供的机械臂标定方法，通过当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在世界坐标系下的坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标；当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制机械臂的末端对准示教笔的中心并获取机械臂的末端在机械臂坐标系下的坐标，得到机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标；根据示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标和机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标，获取世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵；根据物体对世界坐标系的转换矩阵和世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵，获取物体对机械臂坐标系的转换矩阵，可以实现对物体坐标与机械臂坐标系之间的转换关系的标定，从而可以在后续示教过程中，根据示教笔位于示教点时示教笔在物体坐标系或相机坐标系下的坐标，获取示教笔的中心在机械臂坐标系下的坐标，从而可以自动控制机械臂运动至示教点，有效减少人工工作量，提高示教效率。
[0028]本专利技术实施例的第六方面提供的标定笔，能够为机械臂的标定或示教过程提供准确的标定位置指示，结构简单，易于实现。
[0029]可以理解的是，上述第二方面至第五方面及第七方面和第八方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是本专利技术实施例提供的机械臂标定方法的第一种流程示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例提供的示教笔的第一种结构示意图；
[0033]图3是本专利技术实施例提供的标准标定板图像的示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂标定方法，其特征在于，包括：当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在世界坐标系下的坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标，N为大于或等于2的整数；当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制机械臂的末端对准示教笔的中心，获取机械臂的末端在机械臂坐标系下的坐标，得到机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标；根据示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标和机械臂的末端在机械臂坐标系下的N个坐标，获取世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵；根据物体对世界坐标系的转换矩阵和世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵，获取物体对机械臂坐标系的转换矩阵。2.如权利要求1所述的机械臂标定方法，其特征在于，当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在世界坐标系下的坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标，包括：当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在相机坐标系下的坐标，得到示教笔的中心在相机坐标系下的N个坐标；根据示教笔的中心在相机坐标系下的每个坐标和相机坐标系对世界坐标系的转换矩阵，获取示教笔的中心在世界坐标系下的每个坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标。3.如权利要求2所述的机械臂标定方法，其特征在于，根据示教笔的中心在相机坐标系下的每个坐标和相机坐标系对世界坐标系的转换矩阵，获取示教笔的中心在世界坐标系下的每个坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标之前，包括：根据相机的外参，获取相机旋转矩阵和相机平移矩阵；根据相机旋转矩阵和相机平移矩阵，获取世界坐标系对相机坐标系的齐次转换矩阵；将世界坐标系对相机坐标系的齐次转换矩阵旋转180度，得到世界坐标系对相机坐标系的转换矩阵；求世界坐标系对相机坐标系的转换矩阵的逆矩阵，得到相机坐标系对世界坐标系的转换矩阵。4.如权利要求3所述的机械臂标定方法，其特征在于，根据物体对世界坐标系的转换矩阵和世界坐标系对机械臂坐标系的转换矩阵，获取物体对机械臂坐标系的转换矩阵之前，包括：根据相机的内参和外参及物体坐标系，获取物体坐标系对相机坐标系的齐次变换矩阵；根据物体坐标系对相机坐标系的齐次变换矩阵和相机坐标系对世界坐标系的转换矩阵，获取物体对世界坐标系的转换矩阵。5.如权利要求1至4任一项所述的机械臂标定方法，其特征在于，示教笔的中心在物体坐标系下的坐标包括x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，z轴坐标的大小等于示教笔的尖端到示教笔的标定板之间的距离。
6.如权利要求1至4任一项所述的机械臂标定方法，其特征在于，当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在世界坐标系下的坐标，得到示教笔的中心在世界坐标系下的N个坐标之前，包括：当示教笔或标定板以任意姿态位于相机的视野内的多个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔或标定板的图像，得到多张图像；对多张图像进行处理，得到示教笔或标定板的角点坐标；根据角度坐标获取相机的内参、外参及畸变参数；对相机的畸变参数进行校正，以更新相机的内参。7.如权利要求1至4任一项所述的机械臂标定方法，其特征在于，当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制相机采集示教笔的图像，包括：当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置且接收到示教笔发送的触发信号时，控制相机采集示教笔的图像；当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制机械臂的末端对准示教笔的中心，包括：当示教笔位于相机的视野内的N个不同位置中的每个位置时，控制机械臂的末端对准示教笔的中心，获取机械臂的末端在机械臂坐标系下的坐标。8.一种机械臂示教方法，其特征在于，基于权利要求1至7任一项所述的机械臂标定方法实现，包括：当示教笔在相机的视野内运动时，控制相机以预设采样频率采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在物体坐标系下的M个坐标；其中，M为大于或等于1的整数根据物体对机械臂坐标系的转换矩阵和示教笔的中心在物体坐标系下的M个坐标，获取示教笔的中心在机械臂坐标系下的M个坐标；根据示教笔的中心在机械臂坐标系下的M个坐标，控制机械臂在M个示教点之间运动。9.如权利要求8所述的机械臂示教方法，其特征在于，M大于或等于2，当示教笔在相机的视野内运动时，控制相机以预设采样频率采集示教笔的图像，获取示教笔的中心在物体坐标系下的M个坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文智，解俊杰，郎需林，蔡同彪，刘主福，姜宇，刘培超，
申请(专利权)人：深圳市越疆科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：