一种机械臂标定数据校准方法及系统，存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种机械臂标定数据校准方法及系统，存储介质，其中方法步骤包括：生成工具示教点位，根据标定算法示教机械臂，获取数个工具点位信息进行组合，并做无序排列，生成数组无序标定点组以代入标定算法，求解工具到机械臂末端的位置向量；将步骤

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂标定数据校准方法及系统
，
存储介质


[0001]本专利技术涉及机器人标定技术，尤其涉及一种机械臂标定数据校准方法及系统，存储介质
。

技术介绍

[0002]目前，以机械臂为主的柔性加工生产单元，已成为将来制造业的主要发展方向
。
在实际应用中，该些柔性加工单元，会操纵机械臂携带末端工具以及相机，辅助机械臂执行任务
。
而实现此类机械臂工作的前提，是在计算机中对机器人，及其工作环境中的其它设备
、
工具建立精确的模型
。
因此如何准确的对机器人的几何机构参数
、
工具参数进行标定至关重要
。
[0003]如焊接机器人，焊枪是完成焊接任务必不可少的工具，即使是同一批量的焊枪，也会因为加工误差，以及安装误差，导致其偏移量不完全相同，因此工具坐标系的准确度直接影响机器人的轨迹精度，所以建立一种准确
、
快速的工具
、
手眼标定方法对机械臂的应用具有重要意义
。
[0004]因此目前国内外工业机器人工具标定方案，从原理上分，主要有外部测量法和多点标定法
。
如中国专利申请号：
202211638776.6
提出了
《
一种基于机械臂工具坐标系标定方法及装置
》
其采用的方案为多点标定法，然而现有此类标定法的缺陷在于，当有点位存在偏差时，会造成最终结果极其不准确的后果
。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术的主要目的在于提供一种机械臂标定数据校准方法及系统，存储介质，以解决多点标定法因示教不稳定性，而造成标定不准确的问题，以精确标定值
。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的第一个方面，提供了一种机械臂标定数据校准方法，步骤包括：
[0007]步骤
S100 生成工具示教点位，根据标定算法示教机械臂，获取数个工具点位信息；
[0008]步骤
S200
将工具点位信息进行组合，形成数组标定点组，并对每组标定点组做无序排列，生成数组无序标定点组；
[0009]步骤
S300
分别将各组无序标定点组的工具点位信息代入标定算法，求解对应各无序标定点组的工具到机械臂末端的位置向量；
[0010]步骤
S400 将步骤
S300
获得的反代回标定算法中，以做坐标系变换，将各转换到工具坐标系下，获得标定量，以与实际标定位置数据求差值，并做标准差分析，以将最优解做为标定解
。
[0011]在可能的优选实施方式中，其中步骤
S100
中生成工具示教点位的步骤包括：
[0012]步骤
S110
在标定物
Z
轴上方设定初始点（，，）；
[0013]步骤
S120
以为圆心，
r
为半径建立标定环，在标定环上以随机角度
t
生成
i
个点位
（ = *cos
（
t
）
+ ， = *sin
（
t
）
+ ， = ）；
[0014]步骤
S130
基于步骤
S120
求出的点位位置，求解在机械臂坐标系下的姿态：
[0015]ꢀꢀ‑ꢀ
T
；
[0016]ꢀꢀ
*
（
ꢀ‑ꢀ
）；
[0017] * 。
[0018]其中：，，分别表示点位的姿态向量，
T
为标定物距离机械臂的空间位置值
。
[0019]在可能的优选实施方式中，其中步骤
S100
中根据标定算法示教机械臂，获取数个工具点位信息的步骤包括：
[0020]步骤
S140
操控机械臂夹持标定针以数种不同姿态点位去碰触标定物的标定点，以根据标定算法，建立工具到机械臂基坐标系的齐次矩阵
=*
，其中表示工具到机械臂末端的齐次矩阵，表示机械臂末端到机械臂基坐标系的齐次矩阵；
[0021]步骤
S150 展开步骤
S140
中的矩阵，获得各工具点位信息表达关系式：
[0022] = *+
；
[0023]步骤
S160
根据各姿态点位联立方程组，获得表达关系式：
[0024]* = [0025]其中为工具在机械臂基坐标系下的位置向量，为机械臂末端在基坐标系下的位置向量，为工具到机械臂末端的位置向量，为机械臂末端到基坐标系的旋转矩阵
。
[0026]在可能的优选实施方式中，其中步骤
S300
中求解对应各无序标定点组的的步骤包括：
[0027]步骤
S310
分别将各组无序标定点组的工具点位信息，代入步骤
S150
的表达关系式，及步骤
S160
的表达关系式中，以求得
。
[0028]在可能的优选实施方式中，其中步骤
S400
中将各转换到工具坐标系下，获得标定量的步骤包括：
[0029]步骤
S410
将反代回步骤
S150 的表达关系式中的等式左侧，以做一次坐标系变换，以将各转换到工具坐标系下获得标定量
。
[0030]在可能的优选实施方式中，其中步骤
S400
中标定量与实际标定位置数据求差值的步骤包括：
[0031]步骤
S420
计算：
[0032] = ；
[0033] = ；
[0034] = 。
[0035]其中 ， ， 分别表示所得标定量的
x
值，
y
值，
z
值；其中
a
，
b
，
c
分别表示标定物在机械臂基坐标系下的相对偏移量
。
[0036]在可能的优选实施方式中，其中步骤
S400
中标定量与实际标定位置数据求差值的步骤包括：
[0037]步骤
S430
当判断，，超出误差精度阈值时，舍弃当前无序标定点组对应的结果，不参与标准差分析
。
[0038]在可能的优选实施方式中，其中步骤
S400
中标准差分析的步骤包括：
[0039]步骤
S440
计算：
[0040] = （ ）
/4
；
[0041] = （ ）
/4
；
[0042] = （ ）
/4。
[0043]其中：
VarianceX ，
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种机械臂标定数据校准方法，步骤包括：步骤
S100 生成工具示教点位，根据标定算法示教机械臂，获取数个工具点位信息；步骤
S200
将工具点位信息进行组合，形成数组标定点组，并对每组标定点组做无序排列，生成数组无序标定点组；步骤
S300
分别将各组无序标定点组的工具点位信息代入标定算法，求解对应各无序标定点组的工具到机械臂末端的位置向量；步骤
S400 将步骤
S300
获得的反代回标定算法中，以做坐标系变换，将各转换到工具坐标系下，获得标定量，以与实际标定位置数据求差值，并做标准差分析，以将最优解做为标定解
。2.
根据权利要求1所述的机械臂标定数据校准方法，其中步骤
S100
中生成工具示教点位的步骤包括：步骤
S110
在标定物
Z
轴上方设定初始点（，，）；步骤
S120
以为圆心，
r
为半径建立标定环，在标定环上以随机角度
t
生成
i
个点位（ = *cos
（
t
）
+ ， = *sin
（
t
）
+ ， = ）；步骤
S130
基于步骤
S120
求出的点位位置，求解在机械臂坐标系下的姿态：在机械臂坐标系下的姿态：
ꢀ‑ꢀ
T
，， *
（
ꢀ‑ꢀ
），），
* ；其中：，，分别表示点位的姿态向量，
T
为标定物距离机械臂的空间位置值
。3.
根据权利要求1所述的机械臂标定数据校准方法，其中步骤
S100
中根据标定算法示教机械臂，获取数个工具点位信息的步骤包括：步骤
S140
操控机械臂夹持标定针以数种不同姿态点位去碰触标定物的标定点，以根据标定算法，建立工具到机械臂基坐标系的齐次矩阵
=*
，其中表示工具到机械臂末端的齐次矩阵，表示机械臂末端到机械臂基坐标系的齐次矩阵；步骤
S150 展开步骤
S140
中的矩阵，获得各工具点位信息表达关系式： = *+
；步骤
S160
根据各姿态点位联立方程组，获得表达关系式： ；其中为工具在机械臂基坐标系下的位置向量，为机械臂末端在基坐标系下的位置向量，为工具到机械臂末端的位置向量，为机械臂末端到基坐标系的旋转矩阵
。4.
根据权利要求3所述的机械臂标定数据校准方法，其中步骤
S300
中求解对应各无序标定点组的的步骤包括：步骤
S310
分别将各组无序标定点组的工具点位信息，代入步骤
S150
的表达
关系式，及步骤
S160
的表达关系式中，以求得
。5.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆蕴凡，李华伟，王益亮，叶杨笙，赵越，
申请(专利权)人：上海仙工智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：