[发明专利]一种基于双目视觉的接触式工业机器人自动标定系统

权利要求书

1.一种基于双目视觉的接触式工业机器人自动标定系统，包括待标定机器人，其特征在于，所述系统包括上位机、测量装置、标定架和双目相机；

所述测量装置固定在所述待标定机器人的末端，所述测量装置上包括若干个角度传感器，每个角度传感器的测量杆上固定一个指形关节，每个指形关节的另一端有关节触点，各个指形关节形成机械手爪结构，以其中一个角度传感器的顶点为原点建立测量坐标系；所述双目相机固定在所述待标定机器人的末端，且所述双目相机的视野中始终存在至少一个关节触点；其中，所述测量装置中的每个指形关节包括通过中间关节相连的若干个关节段，每个中间关节处设置有弹簧连接相邻两个关节段，各个关节段的相对位置在自然状态下保持不变；当指形关节受到标定球的外力作用超过所述弹簧的弹力作用时，关节段克服弹簧的弹力作用绕着中间关节相对转动；

所述标定架设置在所述待标定机器人的操作范围内，所述标定架包括标定平面板及其上的立架，所述立架上固定有若干个标定球，所述标定平面板上设置有预设标定图案，以所述标定平面板的一个顶点为原点建立标定板坐标系；

所述上位机连接所述待标定机器人、所述测量装置中的各个传感器以及所述双目相机，所述上位机对所述待标定机器人的标定方法包括：

建立机器人运动学模型，在所述待标定机器人的标准位形下，利用双目相机视野中的关节触点和所述标定架的预设标定图案确定测量坐标系与标定板坐标系的第三坐标转换关系，根据标定球在标定板坐标系下的坐标结合第三坐标转换关系基于通过逆向运动学、采用分段式轨迹规划控制所述待标定机器人运动使关节触点向标定球靠近，直至各个关节触点都接触到标定球时获取各个角度传感器的角度值以及所述待标定机器人的各个关节的角度值作为所述标定球对应的一组采集数据；

根据各个不同的标定球对应的一组采集数据得到各个标定球在基坐标系下的名义位姿，结合各个标定球之间的相对距离对所述机器人运动学模型进行补偿完成标定；

其中，采用分段式轨迹规划控制所述待标定机器人运动使关节触点向标定球靠近，包括：在所述待标定机器人的标准位姿下时，所述双目相机的视野中出现各个关节触点以及所述标定架上的预设标定图案，根据所述双目相机采集的图像信息确定关节触点以及所述标定平面板的顶点在相机坐标系下的坐标，并结合关节触点在测量坐标系下的坐标以及标定球在标定坐标系下坐标确定标定球在标准位姿下的测量坐标系下的坐标；根据标定球在测量坐标系下的坐标通过逆向运动学控制所述待标定机器人末端位置向靠近标定球的方向运动预定幅度至当前位姿，在当前位姿下所述双目相机的视野中有关节触点以及所述标定球，根据所述双目相机采集的图像信息确定关节触点以及标定球在相机坐标系下的坐标，并结合关节触点在测量坐标系下的坐标以及标定球在标定坐标系下坐标确定标定球在当前位姿下的测量坐标系下的坐标；重新执行所述根据标定球在测量坐标系下的坐标通过逆向运动学控制所述待标定机器人末端位置向靠近标定球的方向运动预定幅度至当前位姿的步骤，直至所述测量装置的各个角度传感器都出现角度变化时确定各个关节触点都接触到标定球。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在采集一个标定球对应的一组采集数据的过程中，若通过所述双目相机采集的图像信息检测到视野中的关节触点被标定球遮挡，和/或，检测到角度传感器的数据出现异常变化，则控制所述待标定机器人回到上一个位姿。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标定架在所述标定平面板的各个顶点处均具有预定面积的所述预设标定图案。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标定架在立架两侧以及立架朝向所述待标定机器人的一侧共设置有至少四个标定球。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统中包括至少两个所述标定架。

6.根据权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于，所述结合各个标定球之间的相对距离对所述机器人运动学模型进行补偿完成标定，包括：

由各个标定球在基坐标系下的名义位姿结合各个标定球之间的相对距离构建距离平方误差模型，利用参数辨识算法辨识得到测量坐标系与末端坐标系的转换关系误差并补偿到所述机器人运动学模型中。