[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

说明书

本发明公开了一种基于双目视觉的接触式工业机器人自动标定系统，涉及工业机器人标定领域，该系统利用双目相机进行视觉引导，通过双目视觉计算出测量装置与标定架上预设标定图案的相对位姿，进而计算出测量坐标系与标定板坐标系的转换关系，以分段式的方式使待标定机器人末端逐渐接近各标定球，使得误差对视觉引导的影响达到最小最终达到指定位置，获得了标定球名义上的在机器人基坐标系下的坐标，反复多次构成误差方程解算后经过补偿完成标定，标定过程中不需要操作人员进行手动对准，降低了对操作人员对技术要求，能够在无人员干预的情况下较快完成在一般环境下的工业机器人参数标定，标定速度快、准确度高、使用方便。

技术领域

本发明涉及工业机器人标定领域，尤其是一种基于双目视觉的接触式工业机器人自动标定系统。

背景技术

工业应用中的工业机器人如果要进行各种作业，首先要保证的就是工业机器人的精度要达到要求，但工业机器人在制造、组装、运动控制以及工作环境等诸多因素的影响下，工业机器人的实际运动精度与理想的运动模型之间存在着一些差异。所以需要通过一种可行的手段来尽可能的提高工业机器人的运动精度，使得工业机器人能够准确达到指定的末端位置。

工业机器人标定技术是目前用来提高工业机器人运动精度的主要方法，标定时主要采用高精度的外部测量设备对工业机器人末端执行器的坐标进行精确测量。通过合理的模型对工业机器人进行建模，再对工业机器人模型中的各项参数进行识别，通过计算准确得到各个参数的参数误差，从而得到工业机器人的实际参数值，然后结合工业机器人本体的控制系统与其他控制算法等，对工业机器人的各项参数误差进行补偿，实现对工业机器人运动精度的提高。

工业机器人的标定主要包括如下四个步骤：运动学建模、数据测量、参数辨识、误差补偿，这其中，数据测量是最耗时、最繁琐但又是最重要的环节，数据测量的准确度直接影响着后续标定结果的准确度，所以如何能够快速、准确、方便的测量得到数据是工业机器人标定技术的关键。

工业机器人的标定方法主要可以分为开环标定与闭环标定。开环标定需要借助外界的精密测量仪来完成对机械臂末端位姿数据的测量，常用的测量仪有球杆仪、三坐标测量机、拉线式位移传感器、经纬仪、激光跟踪仪、双目视觉等，这些设备虽然测量精度很高，但是专用性高、复杂程度高、使用过程繁琐且价格昂贵，需要受过专业培训的人员来使用，并且对测量环境也有一定的要求，不当的测量方法与测量环境可能会导致测量结果有很大误差。

闭环标定法的基本原理是利用外部施加的空间物理约束对机械臂的末端进行限制，使其运行在指定的范围内，如点、直线、面等，然后通过机械臂本身的控制系统获取关节角数据，通过正运动学得到机械臂末端的位姿数据。该方法测量过程简单、成本低、对测量环境和操作过程要求低，但这种方法通常需要人为地对工业机器人进行操作，使其末端执行器达到限制点，并重复进行，对于人工操作的依赖较高，人为操作速度较慢，需要反复观察末端执行器与约束点之间的位姿关系以发送合适的操作指令，而且人为操作也容易存在误差、甚至导致设备损坏等、精度较低。

综上可见，目前针对工业机器人的标定方法中，无论是开环标定还是闭环标定，其数据测量过程的准确性和便捷性都难以同时保证，从而导致整个标定过程的效率都较低。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于双目视觉的接触式工业机器人自动标定系统，本发明的技术方案如下：

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，该系统包括上位机、测量装置、标定架和双目相机；

测量装置固定在待标定机器人的末端，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；双目相机固定在待标定机器人的末端，且双目相机的视野中始终存在至少一个关节触点；