【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种机器人tcp校准仪，具体地，涉及一种基于正交视觉的机器人tcp三维位置与姿态校准仪。
技术介绍
1、机器人是一种开环的运动学结构，通过角度测量装置（通常是增量式码盘）得到关节转动的角度值，通过机器人运动学模型得到当前机器人末端执行器的空间位姿。由于在机器人生产过程中机械制造与装配、编码器、运动控制等环节均不可避免地存在各种误差，在机器人的使用过程中的重力形变、热变形、间隙和磨损以及其他随机误差等，因此机器人末端的实际空间位姿与理想值相比通常存在较大偏差，从而影响机器人的运动精度。
2、通过对机器人进行标定，获取机器人准确的结构与位姿参数，可以将机器人的位姿误差大幅度降低，进而将机器人的绝对精度提高到重复精度的水平。近年来，各国学者提出了许多机器人标定的方法，主要有运动学回路法和轴线测量两种。运动学回路法是通过测量装置获取机器人末端的位姿，通过求解机器人的运动学方程获得机器人关节参数的方法。例如，天津大学、浙江大学、中国海洋大学等采用机器人末端按照摄像机的方法，在机器人处于某个姿态时采集空间特征点的图像信息，并通过数据处理获得该点的三维坐标数据，也就是建立起机器人处于任意姿态时，其关节变量到末端法兰盘坐标系位姿之间的准确映射关系。南京理工大学在机器末端固定激光器，在机器人工作空间内放置一个位置传感器位置敏感检测器ｐｓｄ，使激光以多个位姿定位到位置传感器的中心，实现点约束。轴线测量法是将机器人的关节轴线抽象成一条空间中的直线，利用关节轴线间的几何关系求出模型中运动学参数的方法。与运动学回路法相比，轴线测
3、但是，目前各种现有的机器人标定方法都存在诸多问题：
4、（1）费用高：以激光跟踪仪有位突出，动辄上百万的投入，是几倍于机器人本体的价格，性价比很低。
5、（2）效率低：无论是双目立体视觉标定法，还是激光跟踪仪方法，都需要在机器人末端安装相应的测量部件（靶镜或工具），并配合以一定规律的运动控制与方法。因此，很难满足高效生产的需求。
6、（3）体积大、重量大：现有标定方法基本上是以激光和视觉为主，均为分离部件（摄像机、镜头、反射镜、激光器等）组装构成标定系统，具有体积大、重量大的问题；
7、（4）在机器人末端安装电子器件，将导致机器臂增加电子器件电缆安装。这在机器人运动过程中，将不可避免的产生电缆拖曳和转动，大幅度降低系统工作的可靠性与稳定性。
8、（5）在机器人末端工具上安装工具，受限于工具千差万别，各自需要单独的工具与之适配，造成工具多种多样，定制难度大幅度增加，使用受限、不便。
9、（6）现有的大多数tcp校准仪，仅能校准tcp的三维位置，不能校准tcp的三维姿态，进而影响了校准的效果与精度。
10、因此，急需一种低成本、高效率、小体积、高度集成的通用机器人tcp三维位置与姿态自动校准系统，而且使用方便，无电缆拖曳的，不受工具类型限制，对机器人本体性能没有影响，无需机器人编程配合，既可以适合新机器人的性能测试验证，又可以满足在役机器人的通用型tcp校准需要。
技术实现思路
1、本专利技术针对目前机器人tcp校准手段普遍存在的精度低、体积大、需要机器人配合操作并提供坐标数据、或者需要安装特定工具等缺陷与不足，提出一种基于正交视觉的机器人tcp三维位置与姿态校准仪技术方案，通过内置的两个正交的视觉传感器直接获取机器人工具末端的图像，进而可以获取机器人末端工具tcp的三维坐标与姿态信息，通过读取机器人的dh模型参数与各轴的转角值，可以实现tcp三维位置与姿态的自动校准。该校准技术方案具有高精度、智能化、小型化、集成化、通用化的突出优势。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术提出一种基于正交视觉的机器人tcp三维位置与姿态校准仪，所述校准仪由主机、三脚架、移动终端三部分组成；所述的主机由视觉传感器、支架、底板、背光源、外壳、窗口片、工控机、把手组成，其中：
4、所述的视觉传感器为工业级视觉传感器，共有两个，安装于主机内部，分别通过各自的支架安装于所述的底板之上，保证两个所述的视觉传感器等高且光轴垂直，由此可以同步准确测量机器人工具中心点（即tcp）的三维坐标与姿态角度；
5、所述的支架共有两个，形状和尺寸完全一致，分别与所述的两个视觉传感器一一对应；每个所述的视觉传感器分别通过一个所述的支架进行定位，并可靠固定于同一个所述的底板之上，从而可以保证两个视觉传感器等高且光轴垂直；所述的支架采用金属材料制作，保证精度与长期稳定性；
6、所述的底板为一体式板式结构，可以同时定位两个所述的支架，保证两个视觉传感器的等高且光轴垂直；所述的底板采用金属材料制作，保证精度与长期稳定性，同时具有足够的强度；
7、所述的背光源为led面光源，共有两个，分别安置于所述的外壳之上，与两个所述的视觉传感器等高，而且每个背光源对应一个视觉传感器，为该视觉传感器提供背光照明，由此构成十字交叉正交型式布局；
8、所述的外壳为异形结构，安装于所述的底板之上，既可以将所述的视觉传感器进行包裹，起到防尘、防水、防触碰的保护作用，又可以固定所述的背光源、窗口片和工控机，方便操作和读取信息；外壳可以采用金属材料制作、保证强度，也可以采用树脂等材料制作、减轻重量；
9、所述的窗口片为光学窗口片，采用光学材料制作，保证透过率；所述的窗口片，共有两个，分别安装于所述的外壳之上、所述的两个视觉传感器的前端，起到透光、防尘、防水的作用；
10、所述的工控机为一体式无风扇工控机，带有触摸屏，直接安装于所述的外壳一侧斜面之上，方便操作者观察与操作；所述的工控机可以接受来自两个所述的视觉传感器的图像数据，并进行数据处理，最终得到机器人工具中心点（即tcp）的三维坐标与姿态角度，并显示于屏幕之上；与此同时，操作者可以通过触摸屏对校准仪的参数进行设置；
11、所述的把手共有两个，安装于所述的底板之上、所属的外壳两侧，方便搬运校准仪主机；
12、所述的三脚架为重型三脚架，用于支撑校准仪的主机，可以方便调整校准仪主机的位置与姿态，并保证校准仪主机的位置与姿态稳固不变；
13、所述的移动终端为工业级pda，具有摄像和无线通讯功能，可以通过拍摄机器人示教器界面的图像，获取机器人的相关参数；所述的移动终端可与所述的工控机无线通讯，将获的取机器人相关信息无线发送至工控机。
14、本专利技术提供的基于正交视觉的机器人tcp三维位置与姿态校准仪的工作过程如下：首先，将校准仪主机安装于三脚架之上，可靠固定，并移至机器人工作空间某处，稳定支撑。然后，操作者操控示教器，控制机器人工具（例如焊枪）移动到校准仪主机的工作范围之内中心点附近并停止，校准仪主机内两个视觉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于正交视觉的机器人TCP三维位置与姿态校准仪，所述的校准仪由主机、三脚架、移动终端三部分组成；所述的主机由视觉传感器、支架、底板、背光源、外壳、窗口片、工控机、把手组成，其中：
2.根据权利要求1所述的基于正交视觉的机器人TCP三维位置与姿态校准仪，其特征还在于：所述的视觉传感器，既可以是工业相机与工业镜头组合而成、实现高精度的图像获取，也可以采用视觉模组、大幅度缩小空间占用。
3.根据权利要求1所述的基于正交视觉的机器人TCP三维位置与姿态校准仪，其特征还在于：所述的视觉传感器7，既可以采用工业FA镜头，也可以采用远心镜头。
4.一种基于上述任一项的机器人TCP三维位置与姿态校准方法，具体如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于正交视觉的机器人tcp三维位置与姿态校准仪，所述的校准仪由主机、三脚架、移动终端三部分组成；所述的主机由视觉传感器、支架、底板、背光源、外壳、窗口片、工控机、把手组成，其中：
2.根据权利要求1所述的基于正交视觉的机器人tcp三维位置与姿态校准仪，其特征还在于：所述的视觉传感器，既可以是工业相机与工业...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵辉，史浩楠，苏君君，李欣成，杨宇明，赵昱东，
申请(专利权)人：上海钊晟传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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