[发明专利]一种基于摄影系统的机器人在线误差补偿装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于摄影系统的机器人在线误差补偿装置，包括工业机器人、多测站多相机组合摄影测量系统、空间惯性坐标测量系统、摄影测量系统辅助靶标和上位机，空间惯性坐标测量系统的功能由二维倾角测量仪与工业机器人自带的编码器共同完成；多测站多相机组合摄影测量系统测量固定于机器人末端的靶标的位置与姿态，二维倾角测量仪可以测量机器人末端两个方向角度姿态，结合机器人自身解算的精度较高的一个角度数据可实现机器人末端三维姿态的测量，并与摄影系统测量的姿态数据进行数据融合、比对后得到补偿值，控制工业机器人使误差得到补偿。本发明无需对机器人进行离线标定，具有较高的精度，可以在加工制造等工业领域得到应用。

主权项

1.一种基于摄影系统的机器人在线误差补偿方法，其中，所用的装置的结构是：该装置包括连接有机器人控制柜(2)的工业机器人(1)，多测站多相机组合摄影测量系统(4)、空间惯性坐标测量系统、摄影测量系统辅助靶标(5)和上位机(6)，所述空间惯性坐标测量系统由二维倾角测量仪(3)与工业机器人自带的编码器构成；所述多测站多相机组合摄影测量系统(4)包括四个测站，所述四个测站按照2×2的矩形阵列布置在与水平面垂直的同一平面P内，矩形阵列的行列间距均为1m，每个测站具有一个相机，所述相机的光轴与水平线呈25度夹角，所述光轴聚焦于距离四个测站所在的矩形面中心1.5m处的点O，四个相机覆盖全测量视场；所述全测量视场的范围为以点O为中心、且大于1m×1m×1m的空间；所述摄影测量系统辅助靶标(5)安装在所述工业机器人(1)的末端，所述摄影测量系统辅助靶标(5)由五个20mm标准的高亮反光标记球组成；所述多测站多相机组合摄影测量系统(4)的每个测站捕捉到至少四个高亮反光标记球，通过确定各高亮反光标记球球心相互位置关系，用于精确计算工业机器人末端的位置与姿态；所述二维倾角测量仪(3)用于测得工业机器人末端相对于水平面的姿态，所述二维倾角测量仪(3)安装于工业机器人(1)的末端，所述工业机器人(1)的基坐标系的Z轴与水平面垂直；所述二维倾角测量仪(3)的初始安装位置是所述二维倾角测量仪(3)的X轴、Y轴分别与所述工业机器人末端的工具坐标系的X轴、Y轴重合；以所述二维倾角测量仪(3)作为非水平面旋转的两个坐标，以工业机器人编码器自身解算的绕Z轴旋转的旋转角度作为水平面旋转的坐标，从而得到工业机器人末端的姿态数据A；所述多测站多相机组合摄影测量系统(4)、所述二维倾角测量仪(3)和所述机器人控制柜(2)均分别连接到所述上位机(6)，所述上位机(6)将读取外部测量数据和解算数据，所述外部测量数据包括上述工业机器人末端的姿态数据A和所述多测站多相机组合摄影测量系统测得的工业机器人末端的位置数据B和姿态数据B；所述解算数据是指工业机器人自身解算的工业机器人末端位置数据C和姿态数据C；所述上位机(6)对所述姿态数据A和姿态数据B进行基于卡尔曼滤波的数据融合，从而得到外部测量的姿态数据D；对上述姿态数据C、姿态数据D、位置数据B和位置数据C进行处理，最终实现工业机器人末端位置和姿态的在线误差补偿；其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对多测站多相机组合摄影测量系统(4)进行标定；步骤二、工业机器人(1)将自身解算的工业机器人末端位置数据C和姿态数据C传递给上位机(6)；步骤三、所述上位机(6)接收所述二维倾角测量仪(3)测得的工业机器人末端X轴和Y轴相对于重力方向的倾角数据，并结合工业机器人编码器自身解算得到的工业机器人末端工具坐标系绕工业机器人基坐标系Z轴旋转的旋转角度，计算得到工业机器人末端的姿态数据A；步骤四、利用四个相机捕捉所述摄影测量系统辅助靶标(5)中的五个20mm标准的高亮反光标记球，将所述高亮反光标记球的位置和姿态数据传递给上位机(6)，从而得到工业机器人末端的位置数据B和姿态数据B；步骤五、上位机(6)将步骤四得到的姿态数据B和步骤三得到的姿态数据A进行融合得到工业机器人末端的姿态数据D，以姿态数据D和步骤四获得的位置数据B作为外部测量数据；步骤六、上位机(6)对步骤二获得的工业机器人末端的位置数据C和姿态数据C及步骤五获得的工业机器人末端位置和姿态的外部测量数据即位置数据B和姿态数据D分别进行比对，求出两者的误差值；判断该误差值是否满足要求，若不满足，则将该误差值反馈给工业机器人(1)，所述工业机器人(1)根据该误差值调整工业机器人末端的位置和姿态，返回步骤三；至满足误差要求为止。