[发明专利]一种机械臂视觉标定装置及其标定方法

权利要求书

1.一种机械臂视觉标定装置，包括盒体，盒体的四周面的对内朝向面的中心位置以及顶面的对内朝向面的中心位置均设有摄像头；盒体的内部安装有机械臂；

其特征在于：机械臂包括底盘，底盘上设有旋转座，旋转座上设有旋转盘，底盘的轴中心设有呈竖向布置的旋转轴，旋转座的轴中心套装在旋转轴的外周面；旋转盘的顶部设有主机械调节臂，主机械调节臂的上端连接有副机械调节臂，副机械调节臂的前端设有标定壳，标定壳的前端设有机器臂端点；底盘与旋转座之间通过旋转盘形成机械臂关节一，旋转座与翻转弧壳转动配合形成机械臂关节二，主调节机械臂与副调节机械臂通过主旋转器形成机械臂关节三，副调节机械臂与标定壳通过副旋转器形成机械臂关节四，盒体的顶部四角位置以及底部四角位置均设有压电球触点；盒体为三层结构，最外层为壳体，最内层为背景玻璃，中间层为光源；光源安装在壳体与背景玻璃之间；光源为面光源；盒体的四周面的对内朝向面位置均设有开孔；开孔布置在壳体、光源以及背景玻璃的中间位置。

2.根据权利要求1所述的机械臂视觉标定装置，其特征在于：底盘的内部设有第一驱动电机，第一驱动电机的前部设有第一驱动轴，第一驱动轴呈竖向布置，所述第一驱动轴的上端与旋转座的轴中心连接。

3.根据权利要求1所述的机械臂视觉标定装置，其特征在于：旋转座的顶部中间位置为空腔结构，翻转弧壳的顶面为弧面形状，翻转弧壳安装在旋转座顶部的空腔结构，旋转座的内部设有第二驱动电机，所述第二驱动电机的前部设有第二驱动轴，所述第二驱动轴的端部与翻转弧壳的下部连接。

4.根据权利要求1所述的机械臂视觉标定装置，其特征在于：主机械调节臂的顶端设有主旋转器，主旋转器的顶面套装有主旋转筒，主旋转筒的横截面呈C型形状；主旋转筒的一端端面为开口结构，主旋转筒的另一端端面为密封结构，主旋转器的内部设有第三驱动电机，所述第三驱动电机的前部设有第三驱动轴，所述第三驱动轴的端部与主旋转筒的另一端端面中间位置连接。

5.根据权利要求4所述的机械臂视觉标定装置，其特征在于：副机械调节臂的两侧面均设有加强部，副机械调节臂的后端设有连接部，连接部安装在主旋转筒上。

6.根据权利要求1所述的机械臂视觉标定装置，其特征在于：副机械调节臂的前端设有副旋转器，副旋转器的外周面套装有副旋转筒，标定壳的后部与副旋转筒的外侧面连接；副旋转筒的横截面呈C型形状；副旋转筒的一端端面为开口结构，副旋转筒的另一端端面为密封结构，副旋转器的内部设有第四驱动电机，所述第四驱动电机的前部设有第四驱动轴，所述第四驱动轴的端部与副旋转筒的另一端端面中间位置连接。

7.根据权利要求1所述的机械臂视觉标定装置，其特征在于：标定壳的前端内设有安装腔，安装腔内安装有液压缸，液压缸的前部设有活塞杆，机器臂端点安装在活塞杆的前端。

8.根据权利要求1所述的机械臂视觉标定装置，其特征在于：盒体由左半盒体与右半盒体组成，左半盒体与右半盒体的形状结构相同；左半盒体与右半盒体之间设有嵌合线。

9.一种根据权利要求1所述机械臂视觉标定装置的标定方法，其特征在于，该方法为：

步骤1、在关键位置(x0，y0，z0)，放置压电小球；

步骤2、计算机通过驱动器驱动机械臂的各关节运动，机械臂关节一、机械臂关节二、机械臂关节三、机械臂关节四的运动量分别为p1、p2、p3、p4，机械臂指尖小球压上压电小球并挤压压电小球达到一定变形δ时，压电小球产生压电超过阈值，在压电小球信号线上给出信号，记录此时机械臂的理论位置(x1，y1，z1)，实际位置(x2，y2，z2)；

(x2，y2，z2)＝f((x0，y0，z0),(x1，y1，z1),δ)

步骤3、(x2，y2，z2)、(x1，y1，z1)两者的偏差为机械臂的位置误差(Δx，Δy，Δz)，此时各关节的误差为Δp1、Δp2、Δp3、Δp4

Δpi＝f(pi)，i∈{1,2,3,4}

各关节的误差矢量和机械臂指尖的位置误差(Δx，Δy，Δz)

(Δx，Δy，Δz)＝∑Δpi

步骤4、多个位置摆放多个压电小球，计算出各关节的理论位置pi与实际位置pi+Δpi的关系，得出理论位置上的误差f(pi)，根据误差校正机械臂的参数；

或者，在机械臂的端点上设置发光体，标定时盒体上的多个相机从多个角度成像，计算出端点的理论位置、实际位置及相应误差，根据误差校正机械臂的参数；

或者，对开始标定后对机械臂的所有位姿三维重建，计算位姿在运动过程中的误差，其中第三种方法，从初始位置出发，按标定要求运动；摄像头按设定帧率同步成像；根据重建机械臂和实际机械臂的位姿及与理论位姿间的偏差，标定机械臂的运动控制部件；直到完成所有的标定任务。