机器人系统的自动标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器人系统的自动标定方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，对于机器人系统的标定,一般米用人工不教的方法，例如，手动地控制机器人以多种不同的姿态(对于六轴机器人而言，一般为四种或更多种不同的姿态)将其上安装的工具移动到同一目标点。但是，由于需要通过人眼来判断工具是否移动到同一目标点，因此，不可避免地会存在误差，导致工具相对于机器人的工具中心点(toolcenter point)坐标系的传递矩阵的标定不准确，而且手动地控制机器人以多种不同的姿态到达同一目标点和依靠人眼判断是否到达同一目标点的工作非常费时，影响工作效率。对于需要经常更换工具的机器人系统，在每更换一次工具之后，都要进行一次重新标定，非常麻烦，非常费时。
【发明内容】
[0003]本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
[0004]根据本发明的一个目的，旨在于提供一种机器人系统的自动标定方法，其能够精确地且高效地完成机器人系统的标定工作。
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种机器人系统的自动标定方法，包括如下步骤:
[0006]SlOO:利用标定板标定传感器的内在结构参数和相对于世界坐标系的传感器坐标系；和
[0007]S200:在已被标定的传感器的引导下控制机器人以多种不同的姿态将安装在其上的工具的坐标系的原点精确地移动到同一目标点，并根据机器人在该目标点的位姿数据计算出工具坐标系相对于机器人的工具中心点坐标系的传递矩阵tapTt。
[0008]根据本发明的一个实例性的实施例，根据传感器检测到的工具坐标系的原点的实际位置与目标点的位置之间的误差，对机器人进行闭环反馈控制，直至所述误差为零。
[0009]根据本发明的另一个实例性的实施例，在步骤S200之后还包括以下步骤:
[0010]S211:基于获得的传递矩阵tepTt计算出工具坐标系相对于机器人坐标系的传递矩阵ETt ;和
[0011]S212:在传感器的引导下控制机器人将安装在其上的工具精确地移动到一个已知的目标位姿，并根据该已知的目标位姿相对于世界坐标系的传递矩阵T和已经计算出的传递矩阵KTt计算机器人坐标系相对于世界坐标系的传递矩阵τκ。
[0012]根据本发明的另一个实例性的实施例，根据传感器检测到的工具的实际位姿与目标位姿之间的误差，对机器人进行闭环反馈控制，直至实际位姿与目标位姿之间的误差为零。
[0013]根据本发明的另一个实例性的实施例，在传感器被标定之后，还包括以下步骤:
[0014]S300:利用传感器识别将被工具加工的对象相对于世界坐标系的传递矩阵Ttj ;和
[0015]S400:利用传感器识别对象上的目标区相对于对象坐标系的传递矩阵°TP。
[0016]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述目标区相对于对象坐标系的传递矩阵°ΤΡ是固定不变的。
[0017]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述对象相对于世界坐标系的位姿是固定不变的或连续变化的。
[0018]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述传感器为视觉传感器或激光跟踪器。
[0019]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述传感器为摄像机，并且所述传感器的内在结构参数包括焦距、透镜畸变、像素比、芯片与透镜位姿之间的几何关系中的至少一种。
[0020]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述机器人系统包括一个摄像机、两个摄像机或更多个摄像机。
[0021]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述机器人系统包括一个机器人、两个机器人或更多个机器人。
[0022]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述摄像机不仅用于对机器人系统进行标定，还用于视觉地弓I导机器人对对象进行加工。
[0023]根据本发明的另一个实例性的实施例，在更换不同的工具之后，立即自动识别工具坐标系相对于机器人的工具中心点坐标系的传递矩阵tapTt。
[0024]根据本发明的另一个方面，提供一种机器人系统的自动标定方法，包括如下步骤:
[0025]SlO:利用标定板标定传感器的内在结构参数和相对于世界坐标系的传感器坐标系;
[0026]S20:在已被标定的传感器的引导下控制机器人以第一组多种不同的姿态将安装在其上的工具的坐标系的原点精确地移动到同一个第一目标点，并根据机器人在第一目标点的位姿数据计算出工具坐标系相对于机器人的工具中心点坐标系的第一传递矩阵；
[0027]S30:在已被标定的传感器的引导下控制机器人以第二组多种不同的姿态将安装在其上的工具的坐标系的原点精确地移动到同一个第二目标点，并根据机器人在第二目标点的位姿数据计算出工具坐标系相对于机器人的工具中心点坐标系的第二传递矩阵；和
[0028]S40:判断第一传递矩阵与第二传递矩阵之间的误差是否在允许的预定范围内，如果超出允许的预定范围，则返回到步骤S10，如果在允许的预定范围内，则以第一传递矩阵与第二传递矩阵的平均值作为工具坐标系相对于机器人的工具中心点坐标系的传递矩阵
tcprp
[0029]根据本发明的另一个方面，提供一种机器人系统的自动标定方法，包括如下步骤:
[0030]利用标定板标定传感器的内在结构参数和相对于世界坐标系的传感器坐标系；
[0031]在已被标定的传感器的引导下控制机器人分别以多种不同的姿态将安装在其上的工具的坐标系的原点精确地移动到第I目标点至第N目标点，并分别根据机器人在第I目标点至第N目标点的位姿数据计算出工具坐标系相对于机器人的工具中心点坐标系的第I传递矩阵至第N传递矩阵，其中N为大于或等于2的正整数；
[0032]使用最小二乘的方法对第一传递矩阵至第N传递矩阵进行优化处理，并将经优化获得的传递矩阵作为工具坐标系相对于机器人的工具中心点坐标系的传递矩阵_1\。
[0033]根据本发明的一个实例性的实施例，所述N为大于或等于3的正整数。
[0034]与现有技术相比，本发明先对传感器进行标定，再利用标定后的传感器检测机器人的实际位置，并根据实际位置与目标点的位置之间的误差对机器人进行闭环控制，从而能够控制机器人以多种不同的姿态精确地移动到同一目标点，提高了机器人系统的标定精度，而且利用预先编制的控制程序自动地实现机器人系统的标定，因此，标定非常方便，效率高。
[0035]通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
【附图说明】
[0036]图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的机器人系统的立体示意图；
[0037]图2显示对工具的位置进行闭环反馈控制的一个实例性的实施例；和
[0038]图3显示对工具的位姿进行闭环反馈控制的一个实例性的实施例。
【具体实施方式】
[0039]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0040]图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的机器人系统的立体示意图。
[0041]图1显示了一个六轴机器人系统的示意图，但是，本发明不局限于图示的实施例，机器人系统也可以是其它类型的多自由度机器人系统，例如，四轴机器人系统或五轴机器人系统。
[0042]请参见图1，图示的机器人系统主要包括摄像机(传感器)10、六轴机器人20、安装在机器人20上的工具30和待加工的对象40。
[0043]在图示的实施例中，摄像机10作为视觉传感器，用于拍摄工具30、对象40以及对象40上的目标区50的图像，并根据拍摄到的图像获得工具30、对象40和目标区50的相关位姿(位置和姿态)数据。
[0044]在图示的实施例中，建立了多个坐标系，分别为:世界坐标系O、摄像机坐标系O。、机器人坐标系Ok、工具中心点坐标系0tc;P、工具坐标系0t、对象坐标系O。、目标区坐标系Op。
[0045]需要说明的是，这里的工具中心点TCP是指机器人20末端的用于安装工具30的安装部的中心，而工具中心点坐标系Otep是指该安装部的坐标系。
[0046]在图示的实施例中，还标示出各个坐标系之间的传递矩阵(四行四列的位姿矩阵)，分别为:摄像机坐标系O。相对于世界坐标系O的传递矩阵T。，机器人坐标系Ok相对于世界坐标系O的传递矩阵Τκ，工具中心点坐标系Otap相对于机器人坐标系Ok的传递矩阵ETtcp,工具坐标系Ot相对于工具中心点坐标系Otcf的传递矩阵tapTt,工具坐标系Ot相对于机器人坐标系Ok的传递矩阵KTt，对象坐标系O。相对于世界坐标系O的传递矩阵Tc目标区坐标系Op相对于对象坐标系O。的传递矩阵°TP。