[发明专利]一种应用于柔性机器人的混合标定方法及装置

说明书

本发明公开了一种应用于柔性机器人的混合标定方法及装置，设有柔性机器人、固定基座、手眼相机、全局相机、外部基座标定板以及末端标定板，所述手眼相机和所述末端标定板与所述柔性机器人的末端连接，所述全局相机与所述外部基座标定板固定于所述所述固定基座的一侧；其中，所述手眼相机用于拍摄所述外部基座标定板，获取相对位姿信息，所述全局相机用于拍摄所述末端标定板，获取相对位姿信息。本发明用于在未知机器人末端与基座的正运动学关系的情况下，获取末端相对于基座位姿信息，并与输入的期望末端位姿进行对比，进而对机器人的运动学参数进行标定，能够解决柔性机器人末端定位精度不高等问题。

技术领域

本发明涉及机器人视觉测量领域，尤其应用于关节型柔性机器人的末端位姿视觉标定。

技术背景

随着科学技术的快速发展，对智能机器人的环境适应性以及环境限制的克服能力有着越来越高的要求。尤其在航空航天和核电站检修、抢险救灾、微创手术等领域中，面临狭小管道空间以及非结构化环境，要求智能机器人能够在这些复杂环境下感知外界变化，回避障碍自主完成任务。

由于传统的6自由度工业机械臂的臂段尺寸较大、自由度少导致灵活性差的缺点，在受限狭小环境中不能很好完成任务，不适合非结构化的工作环境。而绳索驱动的超冗余自由度柔性机械臂具有臂段轻便尺寸小、运动灵巧、工作空间大，非常适合在这些复杂的非结构化环境下工作。特别是近些年来，基于主被动混合驱动的分段联动式绳索驱动柔性机器人能在较少驱动单元的情况下获得好的表现，因此具有广泛的应用前景。然而，绳索驱动的柔性机器人通过绳索的拉力驱动关节的运动，存在着运动学的多层级耦合、绳索摩擦等问题，以至于柔性机械臂普遍存在建模难、末端运动精度差等问题。针对该问题可以通过相机视觉系统对机器人末端运动进行标定。相机视觉系统具有布置简单并且测量准确度较高的特点，在该问题上实用性强。本发明通过两套手眼视觉系统及混合标定方法，能够在未知机器人末端与基座的正运动学关系的情况下，获取末端相对于基座位姿信息，进而对机器人运动参数进行标定，能够解决柔性机器人正运动学参数不准确，导致末端定位精度不高问题。综上所述，研究一种应用于柔性机器人的混合标定方法及装置具有重要的现实意义。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明旨在于提供一种应用于柔性机器人的混合标定方法及装置。通过本发明的方法能够针对目前绳索驱动柔性机器人普遍存在的运动学参数难以准确获取，末端控制精度低等问题。用于在未知机器人末端与基座的正运动学关系的情况下，获取末端相对于基座位姿信息，并与输入的期望末端位姿进行对比，进而对机器人的运动学参数进行标定，能够解决柔性机器人末端定位精度不高等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用于柔性机器人的混合标定的装置，具有固定基座、设置于所述固定基座上的柔性机器人、视觉系统以及控制系统，所述视觉系统设有手眼相机、全局相机、外部基座标定板以及末端标定板，所述手眼相机和所述末端标定板与所述柔性机器人的末端连接，所述全局相机与所述外部基座标定板固定于所述固定基座的一侧；其中，所述手眼相机用于拍摄所述外部基座标定板，获取相对位姿信息，所述全局相机用于拍摄所述末端标定板，获取相对位姿信息。

优选的，所述控制系统包括：

特征提取模块，用于通过视觉特征获取相机与标定板之间的位姿特征信息；

位姿求解模块，用于对已获取相机与标定板之间的位姿特征信息，采用XBX^-1＝YCY^-1或XBY＝CZ混合标定数学模型求解柔性机器人末端与手眼相机、末端标定板的相对位姿；

标定转换模块，用于通过坐标系转换，由已得到柔性机器人末端与手眼相机、末端标定板的相对位姿信息，进而得到柔性机器人末端相对于基座的位姿；

运动学参数更新模块，用于根据所获取误差模型，使用粒子群算法求解所设计优化模型，求得最优运动学参数。