[发明专利]三轴机械臂的工具坐标系标定方法以及标定装置

权利要求书

1.一种三轴机械臂的工具坐标系标定方法，其特征在于，所述方法包括：

建立基于机械臂底座的大地坐标系、基于机械臂末端的末端坐标系、基于摄像头生成的工具坐标系，并将工具坐标系的原点设为工具中心点；

基于同一圆形标志物，所述圆形标志物是由多个同心圆组成，所述机械臂根据多个不同姿势进行n次拍摄动作，n大于等于2，所述拍摄动作包括：移动所述机械臂到达所述圆形标志物的上方并拍摄所述圆形标志物的至少一部分后，通过圆心拟合算法获得所述工具坐标系中所述圆形标志物中一圆的圆心位置，通过所述圆心位置获得该圆的半径值R，当半径值R等于所述多个同心圆中任意一个圆的预设半径，则移动所述机械臂带动标定治具的端部到达所述圆心位置，并记录标定治具末端在大地坐标系下的坐标O_E(X_E,Y_E)，所述大地坐标系中所述机械臂的第一轴与大地坐标系X轴方向的第一夹角θ₁、所述机械臂的第二轴与大地坐标系X轴方向的第二夹角θ₂；设机械臂末端在大地坐标系下的位置为O_E(p_x,p_y)，建立表达工具中心点在大地坐标系下的坐标的矩阵

其中，d_x为工具坐标系原点O_T与末端坐标系原点O_E在末端坐标系X轴方向的差，d_y为工具坐标系原点O_T与末端坐标系原点O_E在末端坐标系Y轴方向的差，β为第一夹角θ₁和第二夹角θ₂之和；

以第一姿势进行拍摄，第i次拍摄动作时所述标定治具的端部到达所述圆心位置，以第二姿势进行拍摄，第j次拍摄动作时所述标定治具的端部到达所述圆心位置，分别记录所述拍摄动作对应的末端在大地坐标系下的坐标O_Eⁱ与O_E^j，并建立等式：

求解d_x和d_y；

求解机械臂末端到标定治具的端部的水平距离W，以及机械臂末端与工具中心点连线与末端坐标系X轴方向的夹角θ，其中，末端坐标系X轴方向与所述第二轴方向平行。

2.如权利要求1所述的三轴机械臂的工具坐标系标定方法，其特征在于，获得所述工具坐标系中所述圆形标志物的圆心位置的步骤包括：

设一圆的圆心坐标为(x₀,y₀)，半径为R，则该圆的方程为

(x-x₀)²+(y-y₀)²＝R²；

在圆上取三点，设这三点的坐标分别为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₄,y₄)，则有：

公式(1)(2)相减，(1)(3)相减之后经过简化可得：

其中x₀，y₀有唯一解的条件是系数行列式不等于0：

变换之后公式如下：

即选取的三点坐标不能共线；

设：a＝x₁-x₂；b＝y₁-y₂；c＝x₁-x₄；d＝x₁-y₄；

即可计算出圆心坐标(x₀,y₀)为：

3.如权利要求2所述的三轴机械臂的工具坐标系标定方法，其特征在于，根据计算的圆心坐标(x₀,y₀)，带入公式(1)，即可计算出圆的半径值R，判断半径值R是否等于同心圆中任意一个圆的预设半径，若是，则移动所述机械臂使所述标定治具的端部到达圆心位置；若否，则机械臂平移默认距离，重新执行所述拍摄动作。