[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

说明书

本发明提供了三轴机械臂的工具坐标系标定方法以及标定装置，标定方法包括以下步骤：基于同一圆形标志物，所述机械臂根据多个不同姿势进行n次拍摄动作，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时机械臂末端对应的坐标O_Eⁱ与O_E^j，建立方程求解，最终获得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机械臂末端坐标系X轴方向的夹角θ，本发明极大地简化了标定流程，视觉的使用也保证了标定精度。

技术领域

本发明涉及工具坐标系标定领域，具体地说，涉及三轴机械臂的工具坐标系标定方法以及标定装置。

背景技术

工业生产线上，通常在工业机器人的机械臂末端固定特殊的部件作为工具，如夹具、焊枪等装置，在这些工具上的某个固定位置上通常要建立一个坐标系，即所谓的工具坐标系。机器人的轨迹规划通常是在添加了上述的工具之后，针对工具的某一点进行规划，通常这一点被称为工具中心点(TCP：Tool Center Point)。一般情况下，工具坐标系的原点就是TCP，工具在被安装在机器人的机械臂末端上之后，除非人为的改变其安装位置，否则工具坐标系相对于机器人末端坐标系(即法兰坐标系)的关系是固定不变的。正确的工具坐标系标定对机器人的轨迹规划具有重要影响，而且机器人的工具可能会针对不同的应用场景需要经常更换机器人的工具坐标系。

三轴机械臂是由四轴机械臂演变改动而来，四轴机械臂有四个运动自由度：X、Y、Z平动自由度和RZ转动自由度，三轴机械臂只有X、Y、Z三个平动自由度，不能旋转；其工具坐标系标定方法与四轴机械臂不同。使用常规方法标定工具坐标系，由操作人员手动进行，精度很难保证，往往需要经过多次标定，取误差最小之计算结果，耗费大量时间与精力，标定流程对操作人员也有一定技术门槛要求，不利于现场应用，所以一种快速、准确、自动的三轴机械臂工具坐标系标定方法将在实际应用中迫切需要。

有鉴于此，本发明提供了一种三轴机械臂的工具坐标系标定方法以及标定装置。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供三轴机械臂的工具坐标系标定方法以及标定装置，克服了现有技术的困难，能够自动完成匹配、位置教导、切换手系、计算工具坐标系等流程，极大地简化了标定流程，视觉的使用也保证了标定精度。

本发明提供一种三轴机械臂的工具坐标系标定方法，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(即法兰坐标系)、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的圆心位置，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