[发明专利]一种机械臂末端位姿误差测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种机械臂末端位姿误差测量方法及系统，所述系统包括测量靶标装置、机械臂、条纹投影三维扫描装置和处理器；所述测量靶标装置包括底座、多个标准球及多个支撑杆组成，每个支撑杆的一端固定在底座上，另一端用于固定一个标准球，所述多个支撑杆成环形分布，所述测量靶标装置安装于机械臂末端。通过无外部影响时提前获取机械臂末端的标准位姿，直接和实际工作中的机械臂末端的实际位姿进行比较，快速测量位姿误差；另外，获取大量基准球表面三维点云数据，通过三维点云数据拟合各球心位置，由于计算过程中使用了大量点云数据，少量误差较大的数据对测量结果影响较小，可以实现更高精度的工业机械臂末端位姿误差测量。

技术领域

本发明涉及工业机械臂领域，具体是一种机械臂末端位姿误差测量方法及系统。

背景技术

工业机械臂具有结构简单，操控方便等特点，可以替代人力实现自动化和智能化生产，能够提高生产效率、改善生产环境和降低产品成本，在企业中得到了越来越多的应用。尽管工业机械臂已经广泛应用于产品搬运或油漆喷涂等危险工作，但是工业机械臂的整体机械结构属于串联式结构，结构刚性较弱，在工作过程中很难达到较高的定位精度，其绝对定位误差甚至可以达到2～3毫米，极大地限制了其在高精度制造场合中的进一步应用。通过优化装置及构件结构或者改进建模理论等方式可以提高工业机械臂的绝对定位精度，但是由于工业机械臂的整体结构不平衡，这些方法往往定位精度提升效果有限。

相比之下，采用测量系统对工业机械臂位姿误差进行监测并及时进行补偿，能够更加有效地实现工业机械臂的高精度定位和满足智能产品制造的操控精度需求。现有的工业机械臂末端位姿测量方法可以简单分为接触式和非接触式测量方法。接触式测量方式要求测量设备必须直接与测量目标接触,通常使用球杆仪、拉线式传感器等设备,这种接触式的测量在机械臂上实施起来难度大,操作也较为复杂且测量范围较小。非接触测量方法主要包括有激光跟踪仪器和视觉传感器。其中，激光跟踪仪具有测量精度高，测量范围大等优点，但不易搬运而且价格昂贵。凭借着测量效率高和成本低等优点，视觉检测成为最常用的工业机械臂末端位姿测量方式。双目视觉方法基于视差原理并通过多个特征点的匹配以实现三维位姿检测。该方法仅需两个相机同步采集图像即可实现位姿测量，测量效率较高，是目前最常见的工业机械臂末端位姿测量方法。但是双目视觉方法的测量精度容易受到测量距离和成像角度等因素影响，往往只能在最佳测量位置获得标称的测量精度。

发明内容

本发明提供一种机械臂末端位姿误差测量方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

第一方面，本发明实施例提供了一种机械臂末端位姿误差测量方法，包括：

设计测量靶标装置，所述测量靶标装置包括底座、多个标准球及多个支撑杆组成，每个支撑杆的一端固定在底座上，另一端用于固定一个标准球，所述多个支撑杆成环形分布，所述测量靶标装置安装于机械臂末端；

在实际工作之前，将机械臂末端移动到目标位置时，通过条纹投影三维扫描装置获取标准球的多个参考相移条纹图像，使用三维点云数据计算方法对多个参考相移条纹图像处理得到各标准球表面轮廓三维点云数据作为参考三维点云数据，根据参考三维点云数据拟合各标准球的球心三维坐标作为标准位姿数据；

在实际工作过程中，当机械臂末端移动到所述目标位置时，通过条纹投影三维扫描装置获取标准球的多个实际相移条纹图像，使用三维点云数据计算方法对多个实际相移条纹图像处理得到各标准球表面轮廓三维点云数据作为实际三维点云数据，根据实际三维点云数据拟合各标准球的球心三维坐标作为实际位姿数据；

对实际位姿数据中每一个标准球的球心三维坐标沿空间坐标方向进行平移和绕坐标方向进行旋转变换处理，当实际位姿数据经过平移参数平移和旋转参数旋转变换后与标准位姿数据的差值满足预设条件时，将满足预设条件的平移参数和旋转参数作为机械臂末端位姿误差。

进一步，通过条纹投影三维扫描装置获取标准球的多个参考相移条纹图像包括：