[发明专利]一种基于垂直反射的机器人TCP标定系统

权利要求书

1.一种基于垂直反射的机器人TCP标定系统，其特征是：包括机器人(1)、平面镜(3)和双目视觉系统，所述双目视觉系统包括两台摄像机(2)，两台所述摄像机(2)分别设置在所述机器人末端(6)两侧，所述平面镜(3)设置在所述双目视觉系统的摄像范围内，还包括逻辑运算模块和数据采集模块，所述数据采集模块设置在所述逻辑运算模块和双目视觉系统之间，所述数据采集模块用于采集双目视觉系统测量的测量值，所述数据采集模块将采集到的数据传送给所述逻辑运算模块，所述逻辑运算模块包括人眼关系逻辑运算模块和TCP标定逻辑运算模块，所述人眼关系逻辑运算模块通过机器人运动学和空间坐标变换来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；所述TCP标定逻辑运算模块通过求得的机器人手眼关系来完成作业工具(5)末端TCP的标定；确定所述机器人手眼关系流程如下：

(S101)建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，即标定出机器人手眼关系

2.如权利要求1所述的基于垂直反射的机器人TCP标定系统，其特征是：两台所述摄像机(2)通过连接支架(4)固定在作业工具(5)上，两台所述摄像机(2)分别固定设置在所述连接支架(4)的两端。

3.如权利要求1所述的基于垂直反射的机器人TCP标定系统，其特征是：所述人眼关系逻辑运算模块中的机器人运动学和空间坐标变换逻辑运算包括：

(B1)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；

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；

(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。