【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械臂领域，具体涉及一种基于双目相机标定机械臂tcp的装置及方法。
技术介绍
1、机械臂的tcp（工具中心点）标定是机械臂应用中一个非常重要的环节，它用于确定机械臂工具末端执行器与机械臂坐标系之间的关系。现有tcp标定方法通常有两种，一种为基于机械加工的标定方法，这种方法需要在工作台上加工出一组已知空间位置的特征点，然后通过机械臂对这些点进行测量并确定机械臂的姿态和位置；另外一种方法为基于反求解的标定方法，这种方法通过运动学逆解来确定机械臂的位置和姿态。首先通过机械臂运动学模型反求解出机械臂的末端执行器坐标系与机械臂坐标系之间的变换矩阵，然后通过标定工件上的已知特征点，计算机可以反向求解出机械臂的位置和姿态。
2、然而，基于机械加工的标定方法需要对工件进行特殊加工，时间和成本较高。基于反求解的标定方法相对较简单，但由于机械臂的非线性特性，精度可能不够高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中描述的现有技术方案的缺点，提供一种基于双目相机标定机械臂tcp的装置及方法，通过利用双目相机对机械臂tcp进行标定，利用视觉算法的技术提高了tcp的标定精度。
2、本专利技术通过以下技术方案予以实现：提供一种基于双目相机标定机械臂tcp的装置，包括红外双目相机、机械臂、探针、末端工具、末端阵列。
3、其中，所述红外双目相机包含左右两个镜头，作为视觉导航仪，可通过视差原理获得视野中的物体空间信息，用于获得末端阵列和探针上反光球的
4、进一步地，所述机械臂的末端法兰连接末端工具，并且安装末端阵列。
5、进一步地，所述末端工具一端连接机械臂末端法兰，另一端为工具中心点连接具体执行机构。
6、进一步地，所述末端阵列连接到机械臂末端法兰，且本身装有反光球，作为被动标识点可以被红外双目相机识别位置，作为第一视觉标记。
7、进一步地，所述探针一端装有反光球，作为被动标识点可以被红外双目相机识别到位置，作为第二视觉标记，另一端即探针末端呈现球状用于末端标定。
8、本专利技术还提供一种基于双目相机标定机械臂tcp的方法，包括以下步骤：
9、s101，设备准备，安装末端工具及末端阵列到机械臂末端法兰上；
10、s102，末端标定，获取末端阵列和末端工具中心点的相对位置关系matrix_tool2flange_ndi，并将此关系记为初始机械臂tcp的数据，用矩阵表示为matrix_tool2flange_original；
11、s103，获取机械臂当前的位姿，将初始机械臂tcp数据设置到机械臂控制器中，机械臂控制器会实时以旋转矢量的格式发送机械臂当前位姿（x,y,z,rx,ry,rz），通过计算将旋转矢量转换成旋转矩阵，记为matrix_currenttool2base；
12、s104，利用红外双目相机给定一个相机坐标系下的目标位置，记为matrix_targetflange2ndi，并结合末端阵列相对末端工具中心点的转换矩阵matrix_tool2flange_ndi，计算目标末端工具中心点在相机坐标系下的位置关系，用矩阵表示为matrix_targettool2ndi；
13、s105，通过计算各坐标系之间的转换关系，得到目标末端工具中心点在机械臂基座标系下的转换矩阵matrix_targettool2base，将矩阵转化为机械臂运动指令所需要的旋转矢量参数；
14、s106，控制机械臂运动，将末端工具中心点运动到目标位置，第一次运动完成后将当前末端中心点在机械臂基座标系下的位置记录下来，用矩阵表示为matrix_tool2base_original；
15、s107，运用视觉伺服技术，根据当前末端工具中心点在视觉以及机械臂基座标系下的位姿，不断计算末端工具中心点在机械臂基座标系下的位姿，并最终运动到正确的位姿，将此时的末端工具中心点在机械臂基坐标系下的位置记录下来，用矩阵表示为matrix_tool2base_final；
16、s108，由matrix_tool2base_original和matrix_tool2base_final计算两次末端工具中心点之间的相对位置关系matrix_toolfinal2original，结合s102中的转换关系矩阵matrix_tool2flange_original，计算最终的末端工具中心点相对机械臂法兰坐标系的转换关系，即机械臂tcp（工具中心点），用矩阵表示为matrix_tool2flange，matrix_tool2flange=matrix_tool2flange_original * matrix_toolfinal2original。
17、进一步地，s102中所述获取末端阵列和末端工具中心点的相对位置关系，包括：
18、利用探针标定末端工具的工具中心点；
19、所述红外双目相机实时获取所述探针的位置信息和所述末端阵列的位置信息；
20、计算得到末端阵列和末端工具中心点的相对位置关系。
21、进一步地，s105中所述通过计算各坐标系之间的转换关系，得到目标末端工具中心点在机械臂基座标系下的转换矩阵，包括：
22、当前机械臂末端阵列在相机坐标系下的位置矩阵记为matrix_currentflange2ndi；
23、由s102中的matrix_tool2flange_ndi和matrix_currentflange2ndi计算得到末端工具中心点在相机坐标系下的位置，用矩阵表示为matrix_currenttool2ndi；
24、由s104中的和matrix_currenttool2ndi，计算出当前末端阵列位置于目标末端阵列位置之前的转换关系，用矩阵表示为matrix_current2target；
25、由s103中得到的末端工具中心点在机械臂基座标系下的位姿的转换矩阵matrix_currenttool2base，结合matrix_current2target，经过计算可得到matrix_targettool2base；
26、将矩阵转化为机械臂运动指令所需要的旋转矢量参数（x,y,z,rx,ry,rz），提取矩阵中的r，利用eigen矩阵库中轴角表达式的方法将旋转矩阵r转换成轴角表达式的形式，记为rotation_vector(kx，ky，kz，theta)，其中rx=kx*theta、ry=ky*theta、rz=kz*theta，x、y、z分别为rt中t对应的t0、t1、t2。
27、本专利技术提供一种基于双目相机标定机械臂tcp的装置及方法，与现有技术相比较，本专利技术具有以下技术优点：
28、红外双目相机作为高精度产品，其精度可达到亚毫米级，使用双目相机标定机械臂tcp，能够得到一个很高的标定精度，从而提高整个机械臂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双目相机标定机械臂TCP的装置，其特征在于，包括红外双目相机、机械臂、探针、末端工具、末端阵列；
2.一种基于双目相机标定机械臂TCP的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于双目相机标定机械臂TCP的方法，其特征在于，S102中所述获取末端阵列和末端工具中心点的相对位置关系，包括：
4.根据权利要求2所述的一种基于双目相机标定机械臂TCP的方法，其特征在于，S105中所述通过计算各坐标系之间的转换关系，得到目标末端工具中心点在机械臂基座标系下的转换矩阵，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于双目相机标定机械臂tcp的装置，其特征在于，包括红外双目相机、机械臂、探针、末端工具、末端阵列；
2.一种基于双目相机标定机械臂tcp的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于双目相机标定机械臂tcp的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈杭，甘博涵，
申请(专利权)人：杭州键嘉医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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