[发明专利]基于红外光学定位的串联型机器人手眼配准控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外光学定位技术，属于机器人设计领域，具体涉及一种基于红外光学定位的串联型机器人手眼配准控制方法。

背景技术

机器人的“手”是机器人操作臂，机器人的“眼”是指用于给机器人导航的双目视觉，主要包括可见光双目视觉与红外线双目视觉，在医疗领域，常用的是基于红外光学定位的双目视觉，即红外光学定位仪。

红外光学定位仪用于空间测量与定位，在进行空间测量与定位过程中，需要探测安装在定位支架上面的红外反光球，二者之间需要无遮挡的光线通路，如果红外光学定位仪中的摄像头和反光球之间的光线通路被遮挡，将无法实现空间测量与定位功能。

机器人的“手眼”配准主要是为了建立机器人坐标系和视觉测量坐标系之间的关系，机器人操作臂的末端执行器需要到达的目标位姿建立在视觉测量坐标系中，而末端执行器的当前位姿是建立在机器人坐标系中，为了控制末端执行器从当前位姿到达目标位姿，需要将末端执行器目标位姿在机器人坐标系中进行描述，即在建立了机器人坐标系和视觉测量坐标系之间的关系之后，将末端执行器目标位姿从视觉测量坐标系转化到机器人坐标系中，这个过程即为机器人“手眼”配准。

在现有的所设计的串联型机器人上，定位支架被安装在机器人臂的末端执行器中，在机器人手眼配准过程中，若采用红外光学定位仪来探测定位末端执行器和工件上的定位支架，而在机器人操作臂数目增多，并且操作臂之间的工作空间狭窄等情况下，容易出现操作臂上的末端执行器定位支架之间相互遮挡的现象，这就会导致红外光学定位仪对于定位支架的空间测量和定位出错，从而降低了红外光学定位仪测量精度和机器人操作臂的工作准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于红外光学定位的串联型机器人手眼配准控制方法，以达到提高机器人操作臂的工作准确度的目的。

本发明所提供的方法涉及的设备包括控制器、红外光学定位仪、串联型n臂机器人、n个工件、n+1个带有4个反光球的定位支架，该n+1个定位支架的支架臂长度和/或支架臂夹角互不相同，n为整数。将其中一个定位支架置于机器人底座的上表面中心点处，将剩余n个定位支架分别置于n个工件上。该方法的具体步骤为：

S00、所述控制器建立所述n臂机器人的操作空间坐标系O_r、所述红外光学定位仪的测量空间坐标系O_c以及n臂机器人操作臂的n个末端执行器的坐标系O_t1、...、O_tn；同时，红外光学定位仪建立机器人底座上的定位支架坐标系O_p以及各工件上的定位支架坐标系O_w1、...、O_wn，并传送至控制器。

S01、控制器根据定位支架坐标系O_p和操作空间坐标系O_r的空间位置关系，建立定位支架坐标系O_p在操作空间坐标系O_r下的位姿矩阵

同时，红外光学定位仪测量得到各定位支架坐标系O_p、O_w1、...、O_wn分别在测量空间坐标系O_c下的位姿矩阵为

S02、控制器根据各末端执行器坐标系O_t1、...、O_tn以及操作空间坐标系O_r，采用机器人正运动学原理分别得到O_t1、...、O_tn在O_r下的位姿矩阵即各末端执行器坐标系在操作空间坐标系O_r下的当前位姿：

S03、控制器根据所得到的位姿矩阵和计算得到测量空间坐标系O_c与操作空间坐标系O_r之间的奇次变换矩阵：

S04、控制器根据所得到的位姿矩阵以及奇次变换矩阵计算得到各定位支架坐标系O_w1，...，O_wn分别在操作空间坐标系O_r下的位姿矩阵：i＝1，...，n；所得到的分别为各末端执行器坐标系O_t1、...、O_tn分别在操作空间坐标系O_r下的目标位姿。