[发明专利]一种基于单目视觉的六自由度机器人运动学标定方法

说明书

本发明涉及一种基于单目视觉的六自由度机器人运动学标定方法，包括：建立六自由度机器人的MDH模型，并根据初始标定变量U得到六自由度机器人末端的指令位移和安装于六自由度机器人上的单目视觉传感器与六自由度机器人末端之间的坐标变换关系根据六自由度机器人的初始标定变量U，利用绝对值编码棋盘对安装于六自由度机器人上的单目视觉传感器的多组位移Δ'进行分级测距并优化；得到六自由度机器人末端的实际位移Δ，并得到多组观测变量V_k；利用约束关系，结合多组观测变量V_k对标定变量U进行优化，判断标定变量U是否达到定位精度，若是则完成少自由度机器人的运动学标定，若否则返回。与现有技术相比，本发明具有测距精度高、实用性强以及节省成本等优点。

技术领域

本发明涉及工业机器人标定领域，尤其是涉及一种基于单目视觉的六自由度机器人运动学标定方法。

背景技术

精确测量机器人工作末端位移是完成机器人标定的核心。通常借助外界传感器测量其位姿。常用设备包括三坐标测量仪、经纬仪等精密测量仪器。但这些方案的共同缺点在于设备价格昂贵(数十万甚至上百万)，使用方法繁琐复杂，往往需要专业人员现场校正操控，使用门槛较高；另一方面，此类设备通常需要占据较大的空间，难以满足生产现场对于高效便捷的要求。

受制于上述设备，工业现场往往采用根据机器人工作实际位置误差，手动拟合补偿函数，但这样并没有将模型中各个机械参数造成的误差解耦，难以满足精确度的要求。且标定结果适用范围具有很大的局限性，往往仅适用于标定过的位置，而其他位置存在较大误差。

基于摄像头的运动学标定方案，以其经济、便捷的优点，能够很好的满足现场标定的要求。测量时，将相机固定在机器人末端，标靶位置固定且已知(或反之)。其基本原理是利用相机相对于固定标靶的移动，得到末端的位移信息。然而，现有的方案往往需要保持整个标靶始终处于视野范围内，利用标靶上所有的特征点，计算所需信息。这种方法很难利用普通相机做到高精度标定。主要原因是以下两点：

1.机器人往往需要较大的工作空间，为了保持标靶始终处于视野范围内，这就要求相机的视野范围很大，相应的每个像素对应的尺寸就很大(很难控制在1mm²以内)，难以做到精确定位。

2.标靶会较多的出现在视野中图片的边缘区域。而该部分有很严重的径向畸变。即使经过摄像头标定，其带来的误差也会使测量结果产生较大的波动，给结果的精准度造成干扰。

另外，传统的对于机器人进行标定的方法，多是通过DH模型对机器人进行建模，这种建模方法存在一个根本缺陷，即当存在两轴平行或近于平行时，两轴线相对位置误差的建模不符合微小误差模型，可能会引起很大的杆件偏移量误差。而且现有的方法多是默认机器人末端和摄像头之间为平移关系，二者之间的坐标转换较为简单，对于六自由度机器人来讲，由于机器人自由度较高，这种坐标转换方式将会引起较大的误差。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种基于单目视觉的六自由度机器人运动学标定方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于单目视觉的六自由度机器人运动学标定方法，所述方法包括下列步骤：

1)建立六自由度机器人的MDH模型，并根据初始标定变量U得到六自由度机器人末端的指令位移和安装于六自由度机器人上的单目视觉传感器与六自由度机器人末端之间的坐标变换关系

2)根据六自由度机器人的初始标定变量U，利用绝对值编码棋盘对安装于六自由度机器人上的单目视觉传感器的多组位移Δ'进行分级测距并优化；

3)标定棋盘格坐标系与基坐标系的转换角α，并根据转换角α对位移Δ'进行坐标变换得到六自由度机器人末端的实际位移Δ，并得到多组观测变量V_k；