[发明专利]利用机器人末端视觉系统的工具坐标系快速标定方法

说明书

本发明公开了利用机器人末端视觉系统的工具坐标系快速标定方法,该标定方法使用装夹在主轴上的标定工具以及安装在机器人末端执行器上的双目视觉系统进行标定。标定工具由主轴芯棒和固定在主轴芯棒上的两个标准球组成。本发明的标定方法包括：通过双目视觉系统获得标准球球心位置；计算主轴轴线在相机坐标系下的方向；计算工具坐标系在相机坐标系下的位姿描述；计算工具坐标系在法兰盘坐标系下的位姿描述。该标定方法操作简便易与掌握，且具有较高的标定效率，能满足机器人加工系统在生产中的应用需求。

技术领域

本发明涉及机器人末端执行器的工具坐标系快速标定方法，尤其涉及含视觉系统的机器人末端执行器的工具坐标系快速标定方法。

背景技术

随着工业机器人精度的不断提高，机器人加工系统由于其高柔性和低成本被广泛的使用。尤其在航空制造领域，机器人加工系统成为小批量、大型装配件加工的最佳选择。

机器视觉使机器人具有视觉感知功能，机器人可以通过视觉系统获取周边环境，并通过处理器对视野中的场景进行分析和解释，让机器人能够实现识别和定位的功能。双目视觉系统是用双相机从不同的角度获取同一三维场景的两幅数字图像，通过立体匹配算法来计算两幅图像像素间的视差来获取该三维场景的三维几何信息和深度信息。

机器人工具坐标系标定是指对工具坐标系与机器人末端法兰盘坐标系之间的转换矩阵进行标定，这是实现机器人加工的前提。传统的工具坐标系标定方法大多需要多次移动机器人到目标位置(牛雪娟,刘景泰.基于奇异值分解的机器人工具坐标系标定[J].自动化与仪表,2008(03):1-4.)，标定步骤繁琐且容易带来很大的人为误差。文献(冯晓波.机器人准确制孔技术研究[D].浙江大学,2011.)使用激光追踪仪标定工具坐标系，但该标定方法成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种机器人末端执行器的工具坐标系快速标定方法，该标定方法操作简便易与掌握，且具有较高的标定效率，能满足机器人加工系统在生产中的应用需求。

实现本发明方法采用的技术方案是：

本发明的一种利用机器人末端视觉系统的工具坐标系快速标定方法，包括如下步骤：

步骤一、获取第一标准球和第二标准球的球心在双目视觉系统坐标系下的坐标P_A,P_B，具体步骤如下：

(1)将标定工具装夹在机器人末端执行器主轴上，使得第一标准球和第二标准球存在于双目视觉系统的测量范围内；所述的标定工具包括一端装夹在机器人末端执行器主轴上的主轴芯棒，在所述的主轴芯棒的另一端固定有第二标准球,在所述的主轴芯棒上固定有第一标准球，所述的第一标准球和第二标准球与主轴芯棒同轴线安装，第一标准球和第二标准球的半径分别为r1,r2，r1r2，双目视觉系统安装在主轴上侧并与机器人的末端执行器刚性连接，所述的双目视觉系统采用视觉传感器；

(2)使用双目视觉系统获取视野中标定工具的三维点云；

(3)对三维点云进行处理后，使用点云数据分别拟合半径为r1、r2的第一标准球和第二标准球，拟合出第一标准球和第二标准球的球心在双目视觉系统坐标系下的坐标为P_A、P_B；

步骤二、建立工具坐标系O_t′X_t′Y_t′Z_t′，具体步骤为：

(1)通过第一标准球和第二标准球的球心在双目视觉系统坐标系下的坐标P_A、P_B计算主轴轴向在双目视觉系统坐标系下的单位向量

其中n₁，n₂，n₃为主轴轴向在双目视觉坐标系的x，y，z轴上的分量；