本申請涉及機器人定位領域，尤其是涉及一種協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法。

背景技術：

1、協(xié)作機器人結合視覺系統(tǒng)能很好地協(xié)助人類完成機械性的工作，充分發(fā)揮機器人的效率及視覺的精準。在實際應用中，由于工藝和機械機構的限制，往往會自定義新建工具坐標系，所述工具坐標系為用來定義工具中心點(tcp)的位置和工具姿態(tài)的坐標系。

2、傳統(tǒng)方法的標定工具坐標系的方法是通過調(diào)整協(xié)作機器人不同姿態(tài)，用末端對準同一個基準點，計算得到標定的工具坐標系，然而這種方法會受到末端結構加工精度、人為的主觀因素等影響，導致新建的工具坐標誤差大，在一些高精度，高檢測準確率的應用中，無法實際應用。為了追求更高精度的工具坐標系，也會采用高精度三坐標儀器輔助標定，但此儀器價格昂貴，實際項目中往往不會采購此儀器來使用。

3、因此，如何準確地標定協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系，是亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，通過改變機器人的位姿，對相機采集的標定板數(shù)據(jù)進行平面估計和清晰度分析，得到多組協(xié)作機器人機械臂的6d位姿，基于多組機械臂的6d位姿，得到工具坐標系相對于基坐標系的變換矩陣，能夠提升工具坐標系標定的準確性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案:

3、第一方面，本發(fā)明提供一種協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，所述方法包括：

4、獲取相機和協(xié)作機器人之間的位置關系；

5、建立標記物的輪廓特征模型，獲取多張帶標記物的標定板圖像；

6、基于所述輪廓特征模型，使用輪廓匹配算法確定所述標記物在標定板圖像中的位置和方向；

7、基于所述標定板圖像中的位置和方向生成第一移動指令，向協(xié)作機器人發(fā)送所述移動指令，使所述標記物位于相機的中心，然后發(fā)送第二移動指令，使機械臂沿著相機的光軸方向移動，在移動時向相機發(fā)送多次拍攝指令，得到多張所述標記物具有相同的位置和方向的標定板圖像；

8、對所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像進行清晰度評估，選取清晰度最高的標定板圖像作為位姿圖像；

9、獲取機械臂在拍攝所述位姿圖像時的機械臂的6d位姿；

10、基于多個所述機械臂的6d位姿，結合所述位置關系，標定工具坐標系。

11、在本申請一較佳的示例中可以進一步設置為，所述基于多個所述機械臂的6d位姿,結合所述位置關系，標定工具坐標系，包括：

12、基于4個以上的所述機械臂的6d位姿，結合所述位置關系，標定工具坐標系。

13、在本申請一較佳的示例中可以進一步設置為，所述獲取相機和協(xié)作機器人之間的位置關系，包括：

14、將相機和協(xié)作機器人的坐標系統(tǒng)一到世界坐標系下，獲取兩者坐標系的轉換矩陣。

15、在本申請一較佳的示例中可以進一步設置為，對所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像進行清晰度評估，包括：

16、使用邊緣檢測算法對所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像進行清晰度評估。

17、在本申請一較佳的示例中可以進一步設置為，使用邊緣檢測算法對所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像進行清晰度評估，包括：

18、使用邊緣檢測算法評估所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像的各象限內(nèi)的多個條紋組的條紋的銳度。

19、在本申請一較佳的示例中可以進一步設置為，還包括：

20、結合所述銳度，計算所述標定板圖像的每個條紋組內(nèi)的條紋寬度的方差值；

21、根據(jù)所述方差值和所述條紋的銳度評估所述清晰度。

22、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定裝置，所述裝置包括：

23、位置獲取模塊，用于獲取相機和協(xié)作機器人之間的位置關系；

24、輪廓識別模塊，用于建立標記物的輪廓特征模型，獲取多張帶標記物的標定板圖像；基于所述輪廓特征模型，使用輪廓匹配算法確定所述標記物在標定板圖像中的位置和方向；

25、清晰度評估模塊，用于基于所述標定板圖像中的位置和方向生成第一移動指令，向協(xié)作機器人發(fā)送所述移動指令，使所述標記物位于相機的中心，然后發(fā)送第二移動指令，使機械臂沿著相機的光軸方向移動，在移動時向相機發(fā)送多次拍攝指令，得到多張所述標記物具有相同的位置和方向的標定板圖像；對所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像進行清晰度評估，選取清晰度最高的標定板圖像作為位姿圖像；

26、路徑規(guī)劃模塊，用于基于第一六維坐標和第二六維坐標，采用逆運動學算法規(guī)劃末端執(zhí)行器的路徑，得到腕關節(jié)的旋轉角度和旋轉方向，所述旋轉方向為順時針方向或逆時針方向；

27、標定模塊，用于獲取機械臂在拍攝所述位姿圖像時的機械臂的6d位姿；基于多個所述機械臂的6d位姿，結合所述位置關系，標定工具坐標系。

28、第三方面，本申請?zhí)峁┮环N計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如上述任一項所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法的步驟。

29、第四方面，本申請?zhí)峁┮环N計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有程序，其中所述程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如上述任一項所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法。

30、第五方面，本申請?zhí)峁┮环N計算機程序產(chǎn)品，包括計算機指令，該計算機指令在被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一項所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法的步驟。

31、綜上，與現(xiàn)有技術相比，本申請實施例提供的技術方案帶來的有益效果至少包括：

32、本申請?zhí)峁┑囊环N協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，通過改變機器人的位姿，對相機采集的標定板數(shù)據(jù)進行平面估計和清晰度分析，準確地得到多組協(xié)作機器人機械臂的6d位姿，基于多組機械臂的6d位姿，得到工具坐標系相對于基坐標系的變換矩陣，能夠提升工具坐標系標定的準確性。而且，可以在不使用高精度三坐標儀器的情況下，準確地標定協(xié)作機器人工具坐標系，不僅降低了工作坐標系標定的經(jīng)濟成本，而且提升了標定的效率。

技術特征：

1.一種協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，其特征在于，所述基于多個所述機械臂的6d位姿,結合所述位置關系，標定工具坐標系，包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，其特征在于，所述獲取相機和協(xié)作機器人之間的位置關系，包括：

4.根據(jù)權利要求1所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，其特征在于，對所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像進行清晰度評估，包括：

5.根據(jù)權利要求4所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，其特征在于，使用邊緣檢測算法對所述多張所述標志物具有相同的位置和方向的標定板圖像進行清晰度評估，包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，其特征在于，還包括：

7.一種協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定裝置,其特征在于，包括：

8.一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如權利要求1至6中任一項所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法的步驟。

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有程序，其中所述程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如權利要求1至6中任一項所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法。

10.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機指令，其特征在于，該計算機指令在被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1至6所述的協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法的步驟。

技術總結
本申請涉及機器人定位領域，尤其是涉及一種協(xié)作機器人機械臂的工具坐標系標定方法，通過改變機器人的位姿，對相機采集的標定板數(shù)據(jù)進行平面估計和清晰度分析，準確地得到多組協(xié)作機器人機械臂的6D位姿，基于多組機械臂的6D位姿，得到工具坐標系相對于基坐標系的變換矩陣，能夠提升工具坐標系標定的準確性。而且，可以在不使用高精度三坐標儀器的情況下，準確地標定協(xié)作機器人工具坐標系，不僅降低了工作坐標系標定的經(jīng)濟成本，而且提升了標定的效率。

技術研發(fā)人員：練祖榮,郝瑜,洪俊填,肖智勇,王光能,張國平
受保護的技術使用者：深圳市大族機器人有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23