機器人系統(tǒng)的自動標定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人系統(tǒng)的自動標定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，對于機器人系統(tǒng)的標定,一般米用人工不教的方法，例如，手動地控制機器人以多種不同的姿態(tài)(對于六軸機器人而言，一般為四種或更多種不同的姿態(tài))將其上安裝的工具移動到同一目標點。但是，由于需要通過人眼來判斷工具是否移動到同一目標點，因此，不可避免地會存在誤差，導(dǎo)致工具相對于機器人的工具中心點(toolcenter point)坐標系的傳遞矩陣的標定不準確，而且手動地控制機器人以多種不同的姿態(tài)到達同一目標點和依靠人眼判斷是否到達同一目標點的工作非常費時，影響工作效率。對于需要經(jīng)常更換工具的機器人系統(tǒng)，在每更換一次工具之后，都要進行一次重新標定，非常麻煩，非常費時。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷的至少一個方面。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個目的，旨在于提供一種機器人系統(tǒng)的自動標定方法，其能夠精確地且高效地完成機器人系統(tǒng)的標定工作。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種機器人系統(tǒng)的自動標定方法，包括如下步驟:
[0006]SlOO:利用標定板標定傳感器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)參數(shù)和相對于世界坐標系的傳感器坐標系；和
[0007]S200:在已被標定的傳感器的引導(dǎo)下控制機器人以多種不同的姿態(tài)將安裝在其上的工具的坐標系的原點精確地移動到同一目標點，并根據(jù)機器人在該目標點的位姿數(shù)據(jù)計算出工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的傳遞矩陣tapTt。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實例性的實施例，根據(jù)傳感器檢測到的工具坐標系的原點的實際位置與目標點的位置之間的誤差，對機器人進行閉環(huán)反饋控制，直至所述誤差為零。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，在步驟S200之后還包括以下步驟:
[0010]S211:基于獲得的傳遞矩陣tepTt計算出工具坐標系相對于機器人坐標系的傳遞矩陣ETt ;和
[0011]S212:在傳感器的引導(dǎo)下控制機器人將安裝在其上的工具精確地移動到一個已知的目標位姿，并根據(jù)該已知的目標位姿相對于世界坐標系的傳遞矩陣T和已經(jīng)計算出的傳遞矩陣KTt計算機器人坐標系相對于世界坐標系的傳遞矩陣τκ。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，根據(jù)傳感器檢測到的工具的實際位姿與目標位姿之間的誤差，對機器人進行閉環(huán)反饋控制，直至實際位姿與目標位姿之間的誤差為零。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，在傳感器被標定之后，還包括以下步驟:
[0014]S300:利用傳感器識別將被工具加工的對象相對于世界坐標系的傳遞矩陣Ttj ;和
[0015]S400:利用傳感器識別對象上的目標區(qū)相對于對象坐標系的傳遞矩陣°TP。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，所述目標區(qū)相對于對象坐標系的傳遞矩陣°ΤΡ是固定不變的。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，所述對象相對于世界坐標系的位姿是固定不變的或連續(xù)變化的。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，所述傳感器為視覺傳感器或激光跟蹤器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，所述傳感器為攝像機，并且所述傳感器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)參數(shù)包括焦距、透鏡畸變、像素比、芯片與透鏡位姿之間的幾何關(guān)系中的至少一種。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，所述機器人系統(tǒng)包括一個攝像機、兩個攝像機或更多個攝像機。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，所述機器人系統(tǒng)包括一個機器人、兩個機器人或更多個機器人。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，所述攝像機不僅用于對機器人系統(tǒng)進行標定，還用于視覺地弓I導(dǎo)機器人對對象進行加工。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個實例性的實施例，在更換不同的工具之后，立即自動識別工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的傳遞矩陣tapTt。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種機器人系統(tǒng)的自動標定方法，包括如下步驟:
[0025]SlO:利用標定板標定傳感器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)參數(shù)和相對于世界坐標系的傳感器坐標系;
[0026]S20:在已被標定的傳感器的引導(dǎo)下控制機器人以第一組多種不同的姿態(tài)將安裝在其上的工具的坐標系的原點精確地移動到同一個第一目標點，并根據(jù)機器人在第一目標點的位姿數(shù)據(jù)計算出工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的第一傳遞矩陣；
[0027]S30:在已被標定的傳感器的引導(dǎo)下控制機器人以第二組多種不同的姿態(tài)將安裝在其上的工具的坐標系的原點精確地移動到同一個第二目標點，并根據(jù)機器人在第二目標點的位姿數(shù)據(jù)計算出工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的第二傳遞矩陣；和
[0028]S40:判斷第一傳遞矩陣與第二傳遞矩陣之間的誤差是否在允許的預(yù)定范圍內(nèi)，如果超出允許的預(yù)定范圍，則返回到步驟S10，如果在允許的預(yù)定范圍內(nèi)，則以第一傳遞矩陣與第二傳遞矩陣的平均值作為工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的傳遞矩陣
tcprp
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種機器人系統(tǒng)的自動標定方法，包括如下步驟:
[0030]利用標定板標定傳感器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)參數(shù)和相對于世界坐標系的傳感器坐標系；
[0031]在已被標定的傳感器的引導(dǎo)下控制機器人分別以多種不同的姿態(tài)將安裝在其上的工具的坐標系的原點精確地移動到第I目標點至第N目標點，并分別根據(jù)機器人在第I目標點至第N目標點的位姿數(shù)據(jù)計算出工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的第I傳遞矩陣至第N傳遞矩陣，其中N為大于或等于2的正整數(shù)；
[0032]使用最小二乘的方法對第一傳遞矩陣至第N傳遞矩陣進行優(yōu)化處理，并將經(jīng)優(yōu)化獲得的傳遞矩陣作為工具坐標系相對于機器人的工具中心點坐標系的傳遞矩陣_1\。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個實例性的實施例，所述N為大于或等于3的正整數(shù)。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先對傳感器進行標定，再利用標定后的傳感器檢測機器人的實際位置，并根據(jù)實際位置與目標點的位置之間的誤差對機器人進行閉環(huán)控制，從而能夠控制機器人以多種不同的姿態(tài)精確地移動到同一目標點，提高了機器人系統(tǒng)的標定精度，而且利用預(yù)先編制的控制程序自動地實現(xiàn)機器人系統(tǒng)的標定，因此，標定非常方便，效率高。
[0035]通過下文中參照附圖對本發(fā)明所作的描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將顯而易見，并可幫助對本發(fā)明有全面的理解。
【附圖說明】
[0036]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實例性的實施例的機器人系統(tǒng)的立體示意圖；
[0037]圖2顯示對工具的位置進行閉環(huán)反饋控制的一個實例性的實施例；和
[0038]圖3顯示對工具的位姿進行閉環(huán)反饋控制的一個實例性的實施例。
【具體實施方式】
[0039]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進行解釋，而不應(yīng)當理解為對本發(fā)明的一種限制。
[0040]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實例性的實施例的機器人系統(tǒng)的立體示意圖。
[0041]圖1顯示了一個六軸機器人系統(tǒng)的示意圖，但是，本發(fā)明不局限于圖示的實施例，機器人系統(tǒng)也可以是其它類型的多自由度機器人系統(tǒng)，例如，四軸機器人系統(tǒng)或五軸機器人系統(tǒng)。
[0042]請參見圖1，圖示的機器人系統(tǒng)主要包括攝像機(傳感器)10、六軸機器人20、安裝在機器人20上的工具30和待加工的對象40。
[0043]在圖示的實施例中，攝像機10作為視覺傳感器，用于拍攝工具30、對象40以及對象40上的目標區(qū)50的圖像，并根據(jù)拍攝到的圖像獲得工具30、對象40和目標區(qū)50的相關(guān)位姿(位置和姿態(tài))數(shù)據(jù)。
[0044]在圖示的實施例中，建立了多個坐標系，分別為:世界坐標系O、攝像機坐標系O。、機器人坐標系Ok、工具中心點坐標系0tc;P、工具坐標系0t、對象坐標系O。、目標區(qū)坐標系Op。
[0045]需要說明的是，這里的工具中心點TCP是指機器人20末端的用于安裝工具30的安裝部的中心，而工具中心點坐標系Otep是指該安裝部的坐標系。
[0046]在圖示的實施例中，還標示出各個坐標系之間的傳遞矩陣(四行四列的位姿矩陣)，分別為:攝像機坐標系O。相對于世界坐標系O的傳遞矩陣T。，機器人坐標系Ok相對于世界坐標系O的傳遞矩陣Τκ，工具中心點坐標系Otap相對于機器人坐標系Ok的傳遞矩陣ETtcp,工具坐標系Ot相對于工具中心點坐標系Otcf的傳遞矩陣tapTt,工具坐標系Ot相對于機器人坐標系Ok的傳遞矩陣KTt，對象坐標系O。相對于世界坐標系O的傳遞矩陣Tc目標區(qū)坐標系Op相對于對象坐標系O。的傳遞矩陣°TP。