[发明专利]绳驱柔性机器人的臂形测量系统和方法

说明书

本发明涉及绳驱柔性机器人的臂形测量系统和方法。其中的系统包括：标定板和多个靶球；用于支撑所述的绳驱柔性机器人的支座组件；能够拆卸地安装至机器人的臂杆上的夹具件，该夹具件设置有多个靶球安装结构；位置测量仪；用于支撑所述的标定板的工装件，该工装件设置有多个靶球安装结构；全局相机。其中的方法包括：双目相机标定、柔性臂位置测量、相机位置测量、柔性臂与相机间相对位姿测量的步骤。本发明的系统可以作为视觉测量方案的实验系统和方法精度验证系统，该系统功能齐全、对场地要求较低、适用性强、测量精度高、操作简单；本发明的方法可以高精度地测量相机与柔性臂间的相对位姿关系。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及用于绳驱柔性机器人的臂形测量系统和方法。本发明尤其涉及相机与柔性机器人的臂杆间相对位姿的测量系统和方法。

背景技术

灾害救援、环境探测、设备检修及维护等应用场景具有作业空间狭小、障碍物多等特点。在这些场景中，传统机器人难以完成任务，而运动灵活且体型纤细的绳驱柔性机器人(或绳驱柔性机械臂、操作臂)能够发挥重要作用。柔性机械臂主要通过绳索实现驱动，因绳索驱动过程中存在伸缩及与接触部位的摩擦阻力等。柔性机械臂的运动学及动力学方程较为复杂并难以准确反映其实际的特性，这导致柔性机械臂在执行任务的过程中，时常难以准确地到达预期给定的位置。

为此，有必要借助外部传感方式来获得柔性机械臂各臂杆的实际位置和姿态。目前一些机构研究通过视觉等方式测量全局相机与柔性臂间的位姿关系，但目前缺少一种高精度的测量系统解决方案，来测量相机与柔性臂间的位姿关系，导致视觉测量的方法因无法确定测量结果的精度而难以真正投入工程应用。因此，存在高精度、操作方便的柔性机械臂臂形测量系统的需求。

发明内容

本发明提供一种绳驱柔性机器人的臂形测量系统和方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本发明用于实现柔性臂臂杆位姿测量、关节角度测量、柔性臂末端位姿测量、全局相机与柔性臂间相对位姿测量等诸多功能，还可以作为利用视觉的绳驱柔性机器人操作臂臂形测量方案的实验系统和方案精度验证系统。

本发明的方案用于绳驱柔性机器人，其机械臂部分包括多个臂杆，其中相邻的臂杆通过双旋转自由度的关节连接。

本发明的技术方案涉及一种臂形测量系统，包括：标定板和多个靶球；用于支撑所述的绳驱柔性机器人的支座组件；能够拆卸地安装至所述的绳驱柔性机器人的臂杆上的夹具件，该夹具件设置有多个靶球安装结构；具有多个视觉采集单元的位置测量仪；用于支撑所述的标定板的工装件，该工装件设置有多个靶球安装结构；由支架支撑的全局相机，其中：所述的全局相机的视场至少覆盖所述的绳驱柔性机器人的多个臂杆的运动空间，所述的全局相机被配置成由所述的标定板进行相机参数标定；所述的视觉采集单元布置在所述的支座组件的上方，并且每个的视觉采集单元的拍摄方位不同，以允许采集所述的夹具件上安装的靶球的视觉信号；所述的工装件和夹具件上的靶球安装结构由自动化机械加工来实现尺寸定位。

进一步，所述的夹具件被机械加工有三个靶球安装位置，其中每两个靶球安装点的连线之间垂直；

所述的工装件被机械加工有三个靶球安装位置，其中每两个靶球安装点的连线之间垂直。

进一步，所述的位置测量仪包括动捕系统或激光跟踪仪，所述的全局相机为双目相机。

进一步，所述的绳驱柔性机器人包括与所述的臂杆和关节串联的驱动箱，所述的支座组件的底部具有万向轮，所述的支座组件还包括：以横向方式支撑所述的驱动箱的支撑座；用于带动所述的支撑座运动的升降台。

本发明的技术方案还涉及一种臂形测量方法，所述的方法包括以下步骤：

A、根据所述的全局相机拍摄得到的多组标定板的图像进行相机标定，以标定所述的全局相机的内参数和外参数；