[发明专利]基于视觉测量的机械臂运动路径补偿方法

摘要

本发明公开了一种利用视觉测量对机械臂运动路径补偿的方法，用于视觉引导机械臂的运动。该方法通过视觉测量识别机械臂、航天器、待装位置三者位置与理论模型中理论位置存在差异，补偿机械臂路径规划偏差，达到安全进出狭小空间的控制效果，满足航天器高精度高可靠性的装配需求。采用这种方法，可以对航天器实际位置与理想模型理论位置间存在误差进行识别，对机械臂运动路径进行补偿，使位置及路径控制更为精确，达到安全进出狭小空间的控制效果。本发明的测量方法适用范围广，可用于不同型号，不同装配工况的航天器总装过程。

主权项

一种基于视觉测量的机械臂运动路径补偿方法，包括如下步骤：1)在机械臂末端执行器或者在负载附近便于操作的位置设置双目视觉传感器，双目视觉传感器与机械臂的控制系统进行电连接；2)采用双目相机标定方法，对两个位置相对固定的相机相对位置互姿态进行标定，确定一个相机相对另一个相机的相对坐标位置与角度，即得到双目视觉测量系统的内部参数，进而得到双目测量系统的测量坐标系，根据此坐标系，对应得到被测点在其中的坐标值；3)采用机械臂手眼标定的方法，确定双目测量坐标系与机械臂第六轴之间的位置关系即双目测量坐标系相对于机械臂第六轴(机器人末端所在关节)之间位置和角度关系；4)测量航天器相对机械臂的距离，将此距离值输入机械臂控制系统，由控制系统驱动机械臂末端运动至航天器附近；5)通过机械臂所携带的双目视觉传感器对航天器的特征点进行拍照测量；根据步骤2)、3)已标定的相对关系，经过坐标转换计算得到目标特征点在机械臂的基座坐标系即与机械臂基座固连的空间直角坐标系下的坐标值；6)在航天器的理论三维模型中，读取航天器表面的特征点在航天器坐标系下的理论坐标值(如Pro/E模型中的测量功能)，根据目标航天器的理论模型特征点在航天器坐标系下的理论坐标值与第5)步实际测量的特征点在机械臂基坐标系下的实际坐标值，对模型位置进行拟合，得到航天器坐标系在机械臂基坐标系下的三个坐标值及三个角度值(即6个自由度)，即修正航天器理论模型相对机械臂固定基座的实际位置；7)在航天器坐标系相对机械臂基坐标系的相对位置明确的情况下，与航天器坐标系固定在一起的航天器内部的各仪器设备的突出物即障碍物在机械臂基坐标系下的坐标值也随之确定，即对机械臂运动路径附近航天器内部的难以测量的突出物实际位置进行修正；8)根据修正的航天器位置和突出物(障碍物)的位置，重新对机械臂路径进行规划，去除与障碍物干涉(即碰撞)的路径，修正不干涉的路径，使机械臂末端既可将工件运送至目标位置，又避免了运动过程机械臂各关节与航天器突出物间的干涉；9)当机械臂末端进入航天器内部后，重复以上步骤5)‑8)，对航天器内部的特征点(即第一次观察不到的运动路径附近的内部特征点)或突出点，进行再次双目测量，修正内部突出物(障碍物)的位置，对机械臂进一步探伸进航天器内部的路径进行修正；反复迭代以上过程，直到双目视觉传感器观测到工件的待装位置，识别待装位置的特征点(即安装的定位销孔或螺钉孔)，修正最后一步运动路径，驱动工件至目标位置结束装配。