[发明专利]一种基于视觉辅助定位的机器人自标定方法

说明书

本发明涉及一种基于平面约束以及视觉辅助定位的机器人自标定方法，用于获取机器人真实的连杆参数。首先建立D‑H法与MD‑H法相结合的机器人运动学模型；其次建立机器人末端位置误差模型；然后建立基于平面约束的机器人连杆参数误差模型；通过双目视觉获取约束平面在左右相机中的图像并提取单幅图像中的目标点信息，通过立体匹配定位约束平面在机器人基坐标系下的三维位置信息；将该位置信息输入给机器人控制系统，驱动机器人对约束平面进行测量；最终将测量得到的数据代入平面约束误差模型，辨识出机器人真实的几何连杆参数,修正后重复测量约束平面并辨识，直到达到精度要求。本发明方法具有成本低、精度高、效率高的特点。

技术领域

本发明涉及一种机器人自标定方法，特别涉及一种基于平面约束以及视觉辅助定位的机器人自标定方法。

背景技术

1.机器人定位精度是衡量其工作性能的一个重要指标，目前，国内外厂家生产出来的机器人由于制造、安装等因素，大多绝对定位精度不高，无法满足高精加工以及离线编程的需要，因此，对引起机器人定位误差的各种因素进行分析，最大可能地提高机器人绝对定位精度已经成为机器人技术研究中的核心内容。

2.目前，国内外常用的机器人标定方法通常需要借助于外界先进的测量设备，成本高，且测量过程复杂，需要专业人员进行操作；同时，由于涉及到测量坐标系与机器人基坐标系的转换过程，容易引入坐标系环误差，且该误差与机器人连杆参数误差不属于同类误差，需要单独处理，过程较复杂。

3.为了降低成本等因素，很多研究人员提出了闭环法标定，即给机器人末端附加一约束，用的较多的是面约束(平面或球面)，然而在对这些面进行接触式测量时，大多采用人工手动示教的方式，测量过程费时费力，效率很低。

4.针对上述技术情况，本发明在一般平面约束(手动示教进行接触式测量)的基础上，提出一种基于视觉辅助定位的机器人自标定方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明在一般平面约束(手动示教进行接触式测量)的基础上，提供一种基于视觉辅助定位的机器人自标定方法，该方法通过双目视觉定位约束平面的位置，输入到机器人控制系统，控制机器人自动对约束平面进行接触式测量，在继承一般平面约束标定方法优点的同时，又大大提高了标定效率，并且，可通过编程使约束点按一定规律有序排列，可为后期研究约束点对机器人标定结果的影响奠定基础。

本发明技术方案步骤如下：

(1)建立机器人运动学模型

建立D-H法与MD-H法相结合的机器人运动学模型，将坐标系i-1到坐标系i的变换过程描述为A_i，A_i＝f(α_i-1,a_i-1,d_i,θ_i,β_i)，则机器人末端坐标系n相对于基坐标系的位姿矩阵⁰T_n为：

⁰T_n＝A₀·A₁·...·A_n

(2)建立机器人末端位置误差模型

按照微分变换的思想对A_i进行全微分，得到由连杆几何参数误差造成的相邻坐标系间的微分摄动齐次矩阵dA_i：

δA_i是关节坐标系i相对于坐标系i-1的微分变换，则机器人相邻两连杆之间的实际齐次坐标变换即A_i+A_iδA_i，那么机器人末端坐标系相对于基坐标系的实际齐次变换矩阵T_R为：