一種機器人運動軌跡關鍵點誤差測量方法技術

本發明專利技術涉及一種機器人運動軌跡關鍵點誤差測量方法，本發明專利技術可以實現機器人運動過程中關鍵離散點運動誤差測量：在機器人運動過程中，控制機器人在某一關鍵點處停止運動，通過視覺成像系統采集此時機器人末端實際空間點坐標，同時關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置產生機器人運動到此關鍵點的理論坐標，通過比較計算兩點之間距離，可得到關鍵離散點處的機器人運動誤差。本方法屬于非接觸測量機器人運動軌跡誤差方法，不需要直接接觸機器人。保證了在不破壞機器人的情況下，能精確得到機器人運動軌跡關鍵點誤差測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機器人運動軌跡中關鍵點誤差的測量方法，具體涉及一種關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置和視覺測量系統相結合的機器人運動軌跡關鍵點誤差測量方法。
技術介紹
在先技術(機械科學與技術，2011年2期，20卷，第252頁，錢瑞明《撓性機器人動態誤差集成激光測量與補償研究》)提出一種基于3個激光發生器和3個激光位置檢測器(PSD)的撓性構件動態誤差測量方法,該法可以測量除桿長方向外的5個變形分量,且光路和測量模型簡單；建立了PSD上光點位置與構件各誤差分量及機器人末端執行器動態誤差之間的關系，并給出其補償控制方法。但其控制過程復雜，計算繁瑣，容易出現因控制誤差而導致測量結果不準確的問題。在先技術(機械傳動，2013年5期，6卷，第50頁，王良文《用于物體捕捉的四足步行機器人的運動誤差模型》)提出在四足機器人的機體上，安裝圖像捕捉系統，用于引導機器人完成對目標物的抓取。并在對抓取狀態逆運動學分析的基礎上，建立精確的圖像捕捉系統誤差與機器人的工作臂參數誤差之間的關系，給出了詳細的計算公式，得到機器人運動過程中的運動誤差并進行補償。此機器人運動誤差的獲取是通過采集外界環境的改變的圖像來逆向計算出機器人工作臂運動誤差，測量精度受后期圖像處理精度限制。在先技術(浙江大學，專利號：201010552545.5)提到一種基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統：通過總分光鏡將來自掃頻激光器的光信號分成X向光信號和Y向光信號，并打到安裝在機床導軌的靶鏡上。最后，通過X向檢測機構和Y向檢測機獲取機床導軌的圓軌跡運動誤差。此專利技術裝置只能檢測平面上機器人軌跡運動誤差，應用領域較窄。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種機器人運動軌跡關鍵點誤差測量方法，本專利技術可以實現機器人運動過程中關鍵離散點運動誤差測量：在機器人運動過程中，控制機器人在某一關鍵點處停止運動，通過視覺成像系統采集此時機器人末端實際空間點坐標，同時關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置產生機器人運動到此關鍵點的理論坐標，通過比較計算兩點之間距離，可得到關鍵離散點處的機器人運動誤差。本專利技術提出的機器人運動軌跡關鍵點誤差的測量方法，所述方法通過用于關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置和用于關鍵點圖像采集的雙目視覺測量系統實現，所述方法用于機器人運動過程中關鍵離散點運動誤差進行測量，其中：所述雙棱鏡跟蹤裝置包括第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2，第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2同軸布置；所述雙目視覺測量系統包括第一相機3、第二相機4、第一支桿5、第二支桿6和底板7，第一相機3與第一支桿5一端相連，第一支桿5另一端固定于底板7上；第二相機4與第二支桿6一端相連，第二支桿6另一端固定于底板7上。第一相機3和第二相機4同時對機器人末端9進行拍攝，并設置同樣的拍攝間隔；對拍攝的照片進行特征匹配，匹配的內容為機器人末端標記點10和激光點11；具體步驟如下：(1)在關節機器人末端粘貼一個標記點10；(2)根據關節機器人各關節的運動角度以及角速度，計算出需要測量運動誤差的關鍵點位置坐標Mi(xi,yi,zi)，其中：i＝1,2,3…，并可得到理論上機器人運動到關鍵點Mi(xi,yi,zi)的時間ti；(3)基于旋轉雙棱鏡查表法，根據機器人運動過程中關鍵點Mi(xi,yi,zi)，可查表得出激光點11到達關鍵點Mi時，第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2的轉角是(θi1,θi2)；(4)控制關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置中第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2的轉角為(θi1,θi2)，使激光點11打在機器人運動第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)上，(5)控制機器人動作到t1時刻并停止，使機器人末端9到達第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)的實際位置；(5)使用第一相機3和第二相機4對機器人末端9進行拍照；(6)對第一相機3和第二相機4拍攝的照片與標記點10的圖像進行匹配，得到標記點10在第一相機3內的圖像坐標系坐標(x1,y1)，在第二相機4內的圖像坐標系坐標(x2,y2)；(7)對第一相機3和第二相機4拍攝的照片與激光點11的圖像進行匹配，得到激光點11在第一相機3內的圖像坐標系坐標(x3,y3)，在第二相機4內的圖像坐標系坐標(x4,y4)；(8)基于雙目視覺測量方法，通過步驟(6)得到的標記點10在第一相機3內的圖像坐標系坐標(x1,y1)，與在第二相機4內的圖像坐標系坐標(x2,y2)，可計算出機器人運動時末端上標記點10的三維坐標(X1,Y1,Z1)；通過步驟(7)得到的激光點11在第一相機3內的圖像坐標系坐標(x3,y3)，與在第二相機4內的圖像坐標系坐標(x4,y4)，可計算出機器人運動時末端上激光點11的三維坐標(X2,Y2,Z2)；(9)根據公式可計算得到第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)處的運動誤差δ；(10)其他運動關鍵點Mi(xi,yi,zi)(i＝2,3,4…)的運動誤差測量過程和第一個關鍵點的運動誤差測量過程相同。本專利技術中，步驟(3)中所述旋轉雙棱鏡查表法，具體步驟如下：(1)根據機器人運動軌跡選擇旋轉雙棱鏡的合理的結構參數，包括第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2的楔角α、第一旋轉雙棱鏡1的旋轉角度范圍(θr1min,θr1max)和第二旋轉雙棱鏡2的旋轉角度范圍(θr2min,θr2max)、第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2間距離D1等；(2)根據機器人關鍵點運動誤差測量的精度確定查表法精度ε；(3)根據得到的查表法精度ε，確定第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2角度分辨率θtr；(4)根據角度分辨率θtr、第一旋轉雙棱鏡1的旋轉角度范圍(θr1min,θr1max)和第二旋轉雙棱鏡2的(θr2min,θr2max)，任意組合第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2的角度為(θr1l,θr2l)；(5)根據上述的組合角度(θr1l,θr2l)，計算出此組合角度下，旋轉雙棱鏡系統對應的掃描點坐標(Xl,Yl,Zl)；(6)將上述的組合角度(θr1l,θr2l)和掃描點坐標(Xl,Yl,Zl)的關系寫入計算機，建立此特定的旋轉雙棱鏡系統專用數據庫；(7)根據已知需要掃描的關鍵點坐標(X,Y,Z)，在所建立的專用數據庫中搜索與目標點最接近的坐標值(Xl,Yl,Zl)，即找到最小時所對應的(Xl,Yl,Zl)，根據搜索到的坐標值(Xl,Yl,Zl)，可得到對應的專用數據表中第一旋轉雙棱鏡1和第二旋轉雙棱鏡2的轉角是(θi1,θi2)。本專利技術的有益效果在于：1.本方法屬于非接觸測量機器人運動軌跡誤差方法，不需要直接接觸機器人。保證了在不破壞機器人的情況下，能精確得到機器人運動軌跡關鍵點誤差測量。2.易于得到精準的機器人運動軌跡關鍵點誤差測量，本專利技術采用雙目視覺測量機器人運動關鍵點誤差的方法，通過兩個相機對機器人末端標記點和激光掃描點拍照，利用雙目視覺測量原理，可以精確的得到機器人末端標記點和激光掃描點三維坐標值，通過計算標記點和掃描點的距離得到機器人運動軌跡關鍵點誤差測量，精度最高可達到微米級別。3.易于實時得到機器人運動軌跡關鍵點誤差測量，在機器人運動過程中，對機器人末端的運動軌跡關鍵點進行實時誤差測量。4.控制方便。該裝置采用獨立控制方式，只需要控制旋轉雙棱鏡旋轉達到指定的角度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
機器人運動軌跡關鍵點誤差的測量方法，其特征在于所述方法通過用于關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置和用于關鍵點圖像采集的雙目視覺測量系統實現，所述方法用于機器人運動過程中關鍵離散點運動誤差進行測量，其中：所述雙棱鏡跟蹤裝置包括第一旋轉雙棱鏡(1)和第二旋轉雙棱鏡(2)，第一旋轉雙棱鏡(1)和和第二旋轉雙棱鏡(2)同軸布置；所述雙目視覺測量系統包括第一相機(3)、第二相機(4)、第一支桿(5)、第二支桿(6)和底板(7)，第一相機(3)與第一支桿(5)一端相連，第一支桿(5)另一端固定于底板(7)上；第二相機(4)與第二支桿(6)一端相連，第二支桿(6)另一端固定于底板(7)上；第一相機(3)和第二相機(4)同時對機器人末端(9)進行拍攝，并設置同樣的拍攝間隔；對拍攝的照片進行特征匹配，匹配的內容為機器人末端標記點(10)和激光點(11)；具體步驟如下：(1)在關節機器人末端粘貼一個標記點(10)；(2)根據關節機器人各關節的運動角度以及角速度，計算出需要測量運動誤差的關鍵點位置坐標Mi(xi,yi,zi)，其中：i＝1,2,3…，并可得到理論上機器人運動到關鍵點Mi(xi,yi,zi)的時間ti；(3)基于旋轉雙棱鏡查表法，根據機器人運動過程中關鍵點Mi(xi,yi,zi)，可查表得出激光點11到達關鍵點Mi時，第一旋轉雙棱鏡(1)和第二旋轉雙棱鏡(2)的轉角是(θi1,θi2)；((4))控制關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置中第一旋轉雙棱鏡(1)和第二旋轉雙棱鏡(2)的轉角為(θi1,θi2)，使激光點(11)打在機器人運動第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)上，((5))控制機器人動作到t1時刻并停止，使機器人末端(9)到達第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)的實際位置；(5)使用第一相機(3)和第二相機(4)對機器人末端(9)進行拍照；(6)對第一相機(3)和第二相機(4)拍攝的照片與標記點(10)的圖像進行匹配，得到標記點(10)在第一相機(3)內的圖像坐標系坐標(x1,y1)，在第二相機(4)內的圖像坐標系坐標(x2,y2)；(7)對第一相機(3)和第二相機(4)拍攝的照片與激光點(11)的圖像進行匹配，得到激光點(11)在第一相機(3)內的圖像坐標系坐標(x3,y3)，在第二相機(4)內的圖像坐標系坐標(x4,y4)；(8)基于雙目視覺測量方法，通過步驟(6)得到的標記點(10)在第一相機(3)內的圖像坐標系坐標(x1,y1)，與在第二相機(4)內的圖像坐標系坐標(x2,y2)，可計算出機器人運動時末端上標記點(10)的三維坐標(X1,Y1,Z1)；通過步驟(7)得到的激光點11在第一相機(3)內的圖像坐標系坐標(x3,y3)，與在第二相機(4)內的圖像坐標系坐標(x4,y4)，可計算出機器人運動時末端上激光點(11)的三維坐標(X2,Y2,Z2)；(9)根據公式可計算得到第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)處的運動誤差δ；(10)其他運動關鍵點Mi(xi,yi,zi)(i＝2,3,4…)的運動誤差測量過程和第一個關鍵點的運動誤差測量過程相同。...

【技術特征摘要】
1.機器人運動軌跡關鍵點誤差的測量方法，其特征在于所述方法通過用于關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置和用于關鍵點圖像采集的雙目視覺測量系統實現，所述方法用于機器人運動過程中關鍵離散點運動誤差進行測量，其中：所述雙棱鏡跟蹤裝置包括第一旋轉雙棱鏡(1)和第二旋轉雙棱鏡(2)，第一旋轉雙棱鏡(1)和和第二旋轉雙棱鏡(2)同軸布置；所述雙目視覺測量系統包括第一相機(3)、第二相機(4)、第一支桿(5)、第二支桿(6)和底板(7)，第一相機(3)與第一支桿(5)一端相連，第一支桿(5)另一端固定于底板(7)上；第二相機(4)與第二支桿(6)一端相連，第二支桿(6)另一端固定于底板(7)上；第一相機(3)和第二相機(4)同時對機器人末端(9)進行拍攝，并設置同樣的拍攝間隔；對拍攝的照片進行特征匹配，匹配的內容為機器人末端標記點(10)和激光點(11)；具體步驟如下：(1)在關節機器人末端粘貼一個標記點(10)；(2)根據關節機器人各關節的運動角度以及角速度，計算出需要測量運動誤差的關鍵點位置坐標Mi(xi,yi,zi)，其中：i＝1,2,3…，并可得到理論上機器人運動到關鍵點Mi(xi,yi,zi)的時間ti；(3)基于旋轉雙棱鏡查表法，根據機器人運動過程中關鍵點Mi(xi,yi,zi)，可查表得出激光點11到達關鍵點Mi時，第一旋轉雙棱鏡(1)和第二旋轉雙棱鏡(2)的轉角是(θi1,θi2)；((4))控制關鍵點生成的雙棱鏡跟蹤裝置中第一旋轉雙棱鏡(1)和第二旋轉雙棱鏡(2)的轉角為(θi1,θi2)，使激光點(11)打在機器人運動第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)上，((5))控制機器人動作到t1時刻并停止，使機器人末端(9)到達第一個關鍵點M1(x1,y1,z1)的實際位置；(5)使用第一相機(3)和第二相機(4)對機器人末端(9)進行拍照；(6)對第一相機(3)和第二相機(4)拍攝的照片與標記點(10)的圖像進行匹配，得到標記點(10)在第一相機(3)內的圖像坐標系坐標(x1,y1)，在第二相機(4)內的圖像坐標系坐標(x2,y2)；(7)對第一相機(3)和第二相機(4)拍攝的照片與激光點(11)的圖像進行匹配，得到激光點(11)在第一相機(3)內的圖像坐標系坐標(x3,y3)，在第二相機(4)內的圖像坐標系坐標(x4,y4)；(8)基于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李安虎，左其友，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31