[发明专利]一种用于机械臂末端位姿辅助标定装置及其标定方法

权利要求书

1.机械臂末端位姿标定方法，具有用于机械臂末端位姿辅助标定装置，其特征是：用于机械臂末端位姿辅助标定装置包括法兰盘(1)、标定正多面体(2)以及连接杆(3)，所述的法兰盘(1)一侧盘面的盘心与工业机械臂末端执行器固定连接，标定正多面体(2)的数量有多个，标定正多面体(2)通过连接杆(3)固定在法兰盘(1)的周面外侧，所述的标定正多面体(2)与连接杆(3)连接的一面除外，其余面每个面均贴附有标靶纸，每个标靶纸的编码都不相同，所述的标靶纸位于工业机械臂末端标定视觉设备的可视范围内；机械臂末端位姿标定的具体方法包括以下步骤：步骤一、标靶放置步骤：将和标定正多面体(2)各面边长相同的标靶纸贴至标定正多面体上，保证标靶纸平面整齐、无破损，法兰盘(1)一侧盘面的盘心固定在工业机械臂末端执行器的末端，用于工业机械臂末端标定的相机能拍到标靶纸；

步骤二、参数获取步骤：限定至少三个标靶纸上中心点为标靶，选定三个标靶，获取其在相机坐标系下的位置信息，以其中一个选定标靶为原点建立初始标靶坐标系，通过操作工业机械臂在始标靶坐标系中任意两个坐标轴方向上分别移动、旋转一段距离和一定角度，获取这三个选定标靶在机械臂末端工具坐标系下和相机坐标系下的平移量和转动量参数以及法兰盘(1)厚度信息；

步骤三、机械臂末端位姿标定步骤：利用所述获取的位置信息及安装尺寸参数，计算得到当前机械臂末端在相机坐标系下的包括位置坐标和姿态的位姿信息。

2.根据权利要求1所述的机械臂末端位姿标定方法，其特征是：所述的标靶纸的长宽与标定正多面体(2)相应面的长宽相适应，标靶纸正好覆盖标定正多面体(2)的一个面。

3.根据权利要求1所述的机械臂末端位姿标定方法，其特征是：所述的法兰盘(1)的周面上等弧度固定有数量与标定正多面体(2)相同的固定块(5)，所述的连接杆(3)两端分别通过紧固螺栓(4)与固定块(5)以及标定正多面体(2)的一个面固定连接，所述的标定正多面体(2)等弧度布设在法兰盘(1)的周面外侧。

4.根据权利要求1所述的机械臂末端位姿标定方法，其特征是：所述的标定正多面体(2)有八个，标定正多面体(2)为空心正方体，相应的标靶纸的数量为四十个，标靶纸为正方形纸。

5.根据权利要求1所述的机械臂末端位姿标定方法，其特征是：工业机械臂末端标定视觉设备为相机。

6.根据权利要求1所述的机械臂末端位姿标定方法，其特征是：步骤二中，参数获取步骤的具体方法如下：利用相机获取三个标靶的空间坐标信息，以第一标靶为原点，即为点P，X轴正向为该第一标靶和第二标靶所形成向量的方向向量，Y轴正向为X轴与第三标靶所形成的方向向量的外积，Z轴正向为X轴与Y轴的外积，根据标靶在相机坐标系下的位置信息，计算出初始标靶坐标系与相机坐标系之间的姿态转换矩阵将标靶中心点空间坐标投影到相机坐标系建立第二标靶坐标系：驱动机械臂向工具坐标系X轴正方向移动一段距离，点P投影到相机坐标系后得到进而计算出第二标靶坐标系X轴的方向向量，驱动机械臂向工具坐标系Y轴正方向移动，点P投影到相机坐标系后得到进而计算出第二标靶坐标系Y轴的方向向量，利用第二标靶坐标系X、Y轴的方向向量，确定第二标靶坐标系Z轴的方向向量，然后计算出第二标靶坐标系相对于相机坐标系的旋转矩阵选择空间中任意一点P_i作为所述第二标靶坐标系的原点，按照计算得到的坐标轴朝向建立第二标靶坐标系，平移向量为进一步的，通过点P在第二标靶坐标系、相机坐标系内的位置信息，得到第二标靶坐标系相对于相机坐标系的转换矩阵以及第二标靶坐标系相对于初始靶标坐标系的转换矩阵将投影到第二标靶坐标系，驱动机械臂绕工具坐标系Z轴转动，点P投影到相机坐标系后得到仿照初始标靶坐标系建立过程重建标靶坐标系，得到第一重建后的标靶坐标系和相机坐标系的姿态转换矩阵根据得到的姿态转换矩阵将投影到第二标靶坐标系，得到驱动机械臂绕工具坐标系Y轴转动，点P投影到相机坐标系后得到仿照初始标靶坐标系建立过程重建标靶坐标系，得到第二重建后的标靶坐标系和相机坐标系的姿态转换矩阵根据得到的姿态转换矩阵将投影到第二标靶坐标系

7.根据权利要求6所述的机械臂末端位姿标定方法，其特征是：步骤三中，机械臂末端位姿标定步骤具体方法如下：计算以及之间的相对位姿，利用驱动机械臂绕工具坐标系Z轴旋转以及绕工具坐标系Y轴旋转所分别产生的转换矩阵约束，得到法兰盘盘心坐标系相对于第二标靶坐标系的姿态转换矩阵进一步的，得到初始靶标坐标系相对于法兰盘盘心坐标系的姿态转换矩阵利用法兰盘的厚度信息，得到法兰盘盘心坐标系相对于机械臂末端坐标系的姿态转换矩阵因此，相机坐标系相对于机械臂末端坐标系的姿态转换矩阵完成机械臂末端位姿的标定。