[发明专利]一种基于垂直反射的机器人TCP标定方法

权利要求书

1.一种基于垂直反射的机器人TCP标定方法，其特征是：包括以下步骤：

(S1)在双目视觉系统上建立双目视觉系统坐标系{C}；在机器人末端(6)建立机器人末端坐标系{E}，确定双目视觉系统坐标系{C}相对于机器人末端坐标系{E}的变换矩阵为机器人手眼关系；

(S2)将平面镜(3)放置在工作平台上，将第二圆形靶点(P_a)粘贴于所述机器人末端(6)的作业工具(5)末端处，控制所述机器人(1)将所述第二圆形靶点(P_a)设置于所述平面镜(3)上方，保持机器人末端(6)垂直于所述平面镜(3)，所述作业工具(5)末端上的第二圆形靶点(P_a)在所述平面镜(3)里的点为投影点(P'_a)，通过双目视觉系统测得投影点(P'_a)在双目视觉系统坐标系{C}中的值，通过可求得投影点(P'_a)在机器人末端坐标系{E}的值(x',y',z')；然后根据所述平面镜(3)的镜面对称计算出第二圆形靶点(P_a)在机器人末端坐标系{E}下的值，完成TCP的标定；

其中，在步骤(S1)中，具体步骤为：

(S101)确立机器人手眼关系为其中，R_C为机器人末端坐标系{E}和双目视觉系统坐标系{C}转换的旋转矩阵且为定值；T_C为机器人末端坐标系{E}和双目视觉系统坐标系{C}转换的平移向量且为定值；

(S102)在工作平台上设置第一圆形靶点(P)，第一圆形靶点为固定点，所述机器人末端(6)姿态保持不变，所述机器人(1)做线性运动，所述机器人末端(6)依次运动到多个位置并在双目视觉系统坐标系{C}下对所述第一圆形靶点(P)进行测量；

(S103)依次控制所述机器人(1)做变位姿运动到多个位置并在双目视觉系统坐标系{C}下对所述第一圆形靶点P进行测量；

(S104)将步骤(S102)和步骤(S103)对所述第一圆形靶点(P)的测量值通过机器人运动学和空间坐标变换的关系计算得出R_C和T_C，标定出手眼关系

2.如权利要求1所述的基于垂直反射的机器人TCP标定方法，其特征是：在步骤(S104)中，具体包括以下步骤：

(B1)由坐标转换公式可得：

展开得到：

P_c的坐标值可由双目视觉系统测量得到；

其中，P_c为所述第一圆形靶点P在双目视觉系统坐标系{C}下的坐标；

P_b为所述第一圆形靶点P在机器人基坐标{B}下的坐标，P_b为定值；

和分别为P_c和P_b转换的转置矩阵；

建立机器人末端坐标系{E}相对于机器人基坐标{B}的变换矩阵其中，R为机器人基坐标{B}和机器人末端坐标系{E}转换的旋转矩阵，由于所述机器人(1)做线性运动过程中，机器人末端(6)姿态是保持不变的，即R不变，R为定值；T为机器人基坐标{B}和机器人末端坐标系{E}转换的平移向量；

(B2)由于在步骤(S102)中，所述机器人末端(6)姿态保持不变，所述机器人末端(6)依次运动到多个位置，选取两个位置，在双目视觉系统坐标系{C}下得到第一圆形靶点(P)的测量值和分别代入公式(a1)，可以建立以下方程：

两式相减可得：

因为R为正交矩阵，上式可变为：

依次进行四次测量所述第一圆形靶点(P)在双目视觉系统坐标系{C}下不同的位置参数，得到第一圆形靶点(P)的测量值和并代公式(a2)中，可得：

即R_cA＝b；

可得出，

b＝R^T[T₁-T₂ T₂-T₃ T₃-T₄]；

利用矩阵奇异值分解求解可得R_C；

其中，和分别为第一圆形靶点(P)在双目视觉系统坐标系{C}下的坐标；和分别为和的转置矩阵；

T₁、T₂、T₃和T₄分别为所述机器人(1)运动时不同位置下机器人基坐标{B}和机器人末端坐标系{E}转换的平移向量；

(B3)由于在步骤(S103)中，所述第一圆形靶点(P)在双目视觉系统坐标系{C}下的坐标值随着机器人做变位姿运动变化而变化，选取两个移动位置，得到第一圆形靶点(P)的测量值和建立以下方程：

两式相减，可得：

的值可以由双目视觉系统测得，将上述已经求得的R_C代入式中，求得T_C，标定出手眼关系

其中，R₁₁和R₂₂分别为所述机器人变位姿运动时不同位置下机器人基坐标{B}和机器人末端坐标系{E}转换的旋转矩阵；

T₁₁和T₂₂分别为所述机器人变位姿运动时不同位置下机器人基坐标{B}和机器人末端坐标系{E}转换的平移向量；

和分别为第一圆形靶点(P)在双目视觉系统坐标系{C}下的坐标；和分别为和的转置矩阵。

3.如权利要求1至2任一所述的基于垂直反射的机器人TCP标定方法，其特征是：在步骤(S2)中，然后根据所述平面镜(3)的镜面对称计算出第二圆形靶点(P_a)在机器人末端坐标系{E}下的值，具体步骤包括：

假设第二圆形靶点(P_a)在机器人末端坐标系{E}的值为(x,y,z)；由垂直关系可得x＝x'，y＝y'；在所述工作平台上选取对称点(P_m)，先求得对称点(P_m)在机器人末端坐标系{E}下的Z轴坐标值z_m，根据对称性可得z＝z'-2×(z'-z_m)，最后求得第二圆形靶点(P_a)在机器人末端坐标系{E}下的值。