本發(fā)明涉及屬于復雜鑄件自動測量與劃線領域，具體涉及一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法；更具體地，涉及一種復雜鑄件加工余量自動測量、劃線系統(tǒng)中的雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法。

背景技術：

1、多機器人系統(tǒng)參數(shù)的精確標定是保證測量-加工坐標精準轉(zhuǎn)換、提升劃線加工精度的關鍵?，F(xiàn)有方法難以實現(xiàn)多機器人系統(tǒng)的準確標定，且實際加工過程中參數(shù)易發(fā)生漂移需重復離線標定，影響劃線精度與穩(wěn)定性。

2、因此，擬研究包含機器人-測頭手眼標定、機器人-激光器工具坐標系、機器人-機器人以及機器人-工件在內(nèi)系統(tǒng)各部分相對位姿參數(shù)的標定方法，構(gòu)建測頭-激光器工具坐標系相對位姿轉(zhuǎn)換關系，實現(xiàn)多機器人系統(tǒng)離線精準標定；研究基于視覺跟蹤的多機器人標定參數(shù)在線優(yōu)化方法，克服機器人關節(jié)磨損、生產(chǎn)現(xiàn)場振動等因素導致系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生漂移的問題，保證復雜鑄件自動劃線的高精度穩(wěn)定運行。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種復雜鑄件加工余量自動測量、劃線系統(tǒng)中的雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，由此解決現(xiàn)有多機器人系統(tǒng)標定方法精度不足、穩(wěn)定性差等技術問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、s1：控制機器人拍攝固定位置的標定板，實現(xiàn)單機器人手眼標定；

4、s2：控制測量機器人上固定測頭運動，拍攝跟隨劃線機器人運動的標定板，實現(xiàn)雙機器人測量劃線系統(tǒng)的相對位姿標定；

5、s3：控制激光器焦點落在工件上，以激光器中心為圓心，焦距為半徑構(gòu)造機器人末端圓形運動軌跡，在軌跡上任取四個位置，利用四點標定獲取激光器與工件位姿關系；

6、s4：在雙機器人系統(tǒng)在線優(yōu)化過程中，先通過跟蹤系統(tǒng)跟蹤激光器上的發(fā)光標志點陣列，獲取其位姿參數(shù)數(shù)據(jù)；然后在測頭和靶標移動的過程中，實時獲取其相對位姿；

7、s5：在雙機器人系統(tǒng)在線優(yōu)化過程中，利用步驟s4中獲取到的機器人當前反饋的位姿構(gòu)建新方程進行系統(tǒng)在線優(yōu)化，最后利用數(shù)據(jù)控制中心調(diào)整機器人路徑，保證機器人劃線高精度穩(wěn)定運行。

8、作為優(yōu)選，步驟s1的具體方法為：控制機器人拍攝固定位置的標定板，將標定過程轉(zhuǎn)換為ax＝xb方程，通過引入修正羅德里格斯公式求解，并利用gauss-newton優(yōu)化，實現(xiàn)單機器人手眼標定。

9、作為優(yōu)選，步驟s2的具體方法為：控制測量機器人上固定測頭運動，拍攝跟隨劃線機器人運動的標定板，獲取測量坐標系與劃線坐標系之間的矩陣轉(zhuǎn)換關系，構(gòu)建axb＝y(tǒng)cz方程，引入kronecker積求解方程得到測量機器人基坐標系和劃線機器人基坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，并利用gauss-newton優(yōu)化標定結(jié)果，實現(xiàn)雙機器人測量劃線系統(tǒng)的相對位姿標定。

10、作為優(yōu)選，步驟s3中劃線機器人激光器與工件位姿關系表示為均勻矩陣

11、當激光器固定焦距已知時，以照射在工件上的光斑為圓心，焦距為半徑構(gòu)造機器人末端圓形運動軌跡；在軌跡上任取四個位置，使激光器以不同角度照射工件，通過“四點標定”方法獲取激光器與工件位姿關系

12、作為優(yōu)選，步驟s4的具體方法為：

13、在雙機器人系統(tǒng)在線優(yōu)化過程中，獲取的均勻矩陣表示劃線激光器中心到工件的目標位置關系，利用跟蹤系統(tǒng)跟蹤激光器上的發(fā)光標志點陣列，獲取其位姿參數(shù)數(shù)據(jù)；在測頭和靶標移動的過程中，得到實際位置關系

14、作為優(yōu)選，步驟s5中利用步驟s4獲取到的機器人當前反饋的位姿構(gòu)建新的axb＝y(tǒng)cz方程進行系統(tǒng)在線優(yōu)化，具體構(gòu)建新方程的方法為：

15、將機器人假定為是六個獨立的線性“單輸入、單輸出”系統(tǒng)，則其劃線過程中關節(jié)空間的位姿誤差量化為機器人軸角的控制誤差φe；用表示機器人逆運動學函數(shù)，則軸角可表示為：

16、

17、其中，是劃線激光器中心到工件的位置關系，向量p包含運動學機器人模型的參數(shù)、系統(tǒng)的位置關系和描述機器人配置的參數(shù)；目標位置關系由系統(tǒng)高精度標定過程獲取。

18、作為優(yōu)選，利用步驟s4中跟蹤系統(tǒng)獲取機器人實際位置關系則機器人劃線過程中的軸角誤差表示為：

19、φe＝φt-φa

20、其中，φe為機器人軸角的控制誤差，φt為目標軸角，φa為實際軸角。

21、作為優(yōu)選，使用數(shù)據(jù)控制中心將軸角誤差反饋至機器人端效應器，實現(xiàn)劃線路徑調(diào)整，并在新的路徑下重新修正反映雙機器人坐標轉(zhuǎn)換關系的axb＝y(tǒng)cz方程，保證機器人劃線高精度穩(wěn)定運行。

22、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：

23、1、考慮到現(xiàn)有復雜鑄件余量自動測量、劃線系統(tǒng)中難以實現(xiàn)多機器人系統(tǒng)的準確標定，且實際加工過程中參數(shù)易發(fā)生漂移需重復離線標定，影響劃線精度與穩(wěn)定性，本發(fā)明基于機器人手眼標定與激光器工具坐標系標定、視覺跟蹤系統(tǒng)在線優(yōu)化以及數(shù)控中心數(shù)據(jù)反饋控制等方法，實現(xiàn)多機器人系統(tǒng)精準標定的同時克服機器人運行過程中出現(xiàn)的系統(tǒng)參數(shù)漂移等問題，為保證復雜鑄件自動測量、劃線系統(tǒng)的高精度穩(wěn)定運行提供了理論基礎。

24、2、本發(fā)明標定測量機器人與劃線機器人相對位姿時，用測量機器人的固定測頭拍攝固定在劃線機器人上的標定板，獲取測量坐標系與劃線坐標系之間的矩陣轉(zhuǎn)換關系。構(gòu)建axb＝y(tǒng)cz方程，引入kronecker積求解方程得到測量機器人基坐標系和劃線機器人基坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，并利用gauss-newton優(yōu)化，實現(xiàn)雙機器人系統(tǒng)相對位姿標定，降低標定難度同時有效提升標定精度。

25、3、本發(fā)明對機器人運行過程中發(fā)生的路徑漂移進行在線優(yōu)化時，利用視覺跟蹤系統(tǒng)測量實際軸角，通過數(shù)控系統(tǒng)將實際軸角與離線標定過程中獲取的目標軸角之差反饋至機器人末端，實現(xiàn)路徑修正，保證復雜鑄件測量劃線系統(tǒng)高精度運行。

技術特征：

1.一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s1的具體方法為：控制機器人拍攝固定位置的標定板，將標定過程轉(zhuǎn)換為ax＝xb方程，通過引入修正羅德里格斯公式求解，并利用gauss-newton優(yōu)化，實現(xiàn)單機器人手眼標定。

3.如權利要求1所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s2的具體方法為：控制測量機器人上固定測頭運動，拍攝跟隨劃線機器人運動的標定板，獲取測量坐標系與劃線坐標系之間的矩陣轉(zhuǎn)換關系，構(gòu)建axb＝y(tǒng)cz方程，引入kronecker積求解方程得到測量機器人基坐標系和劃線機器人基坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，并利用gauss-newton優(yōu)化標定結(jié)果，實現(xiàn)雙機器人測量劃線系統(tǒng)的相對位姿標定。

4.如權利要求1所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s3中劃線機器人激光器與工件位姿關系表示為均勻矩陣當激光器固定焦距已知時，以照射在工件上的光斑為圓心，焦距為半徑構(gòu)造機器人末端圓形運動軌跡；在軌跡上任取四個位置，使激光器以不同角度照射工件，通過“四點標定”方法獲取激光器與工件位姿關系

5.如權利要求1所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s4的具體方法為：

6.如權利要求4所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s5中利用步驟s4獲取到的機器人當前反饋的位姿構(gòu)建新的axb＝y(tǒng)cz方程進行系統(tǒng)在線優(yōu)化。

7.如權利要求6所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s5中具體構(gòu)建新方程的方法為：

8.如權利要求7所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，利用步驟s4中跟蹤系統(tǒng)獲取機器人實際位置關系則機器人劃線過程中的軸角誤差表示為：

9.如權利要求8所述的一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，其特征在于，使用數(shù)據(jù)控制中心將軸角誤差反饋至機器人端效應器，實現(xiàn)劃線路徑調(diào)整，并在新的路徑下重新修正反映雙機器人坐標轉(zhuǎn)換關系的axb＝y(tǒng)cz方程，保證機器人劃線高精度穩(wěn)定運行。

技術總結(jié)
本發(fā)明屬于復雜鑄件自動測量與劃線領域，其公開了一種雙機器人高精度標定與在線優(yōu)化方法，基于手眼標定和四點標定等，在部署系統(tǒng)時對鑄件?測量系統(tǒng)?劃線系統(tǒng)各部分分別進行標定，獲取高精度系統(tǒng)參數(shù)初值，基于視覺跟蹤系統(tǒng)在測量?分析?劃線過程中在線收集標定數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多機器人系統(tǒng)參數(shù)在線優(yōu)化，基于數(shù)據(jù)控制中心將優(yōu)化后的機器人路徑進行反饋，保證機器人劃線的高精度穩(wěn)定運行。

技術研發(fā)人員：李中偉,楊延,鐘凱,史玉升
受保護的技術使用者：華中科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6