機器人柔性視覺測量系統中工具坐標系快速修復方法技術方案

本發明專利技術屬于機器人柔性視覺測量技術領域，涉及一種機器人柔性視覺測量系統中工具坐標系快速修復方法，包括：現場安裝測量設備；通過示教編程控制機器人變位姿運動，利用結構光視覺傳感器測量各個位置處基準球的球心坐標；求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態；定義機器人程序中的工具坐標系，并在此工具坐標系下示教機器人測量軌跡；在結構視覺光傳感器和機器人法蘭末端之間的相對位置發生變化后，重新控制工業機器人做4次平動、6次變位姿運動的位姿；重新定義機器人程序中的工具坐標系。本發明專利技術在保證安全性的同時可以節省時間和勞動力，同時滿足機器人柔性視覺檢測系統中現場機器人發生碰撞事故后快速恢復生產測量的應用需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機器人柔性視覺測量系統中工具坐標系校準方法，特別涉及一種基于基準球的工具坐標系快速修復設備及方法。
技術介紹
機器人工具坐標系是定義在機器人末端關節坐標系基礎上的，它可以用來表示機器人產生沿工具坐標系坐標軸方向的運動。在工業機器人柔性視覺測量系統中，一般采用示教編程方式，通過示教一條合適的測量軌跡，利用機器人重復定位精度高的特點，可以實現視覺在線測量。機器人示教編程通常是基于工具坐標系和工具中心點(TCP)并完成特定的工作。在柔性視覺在線測量系統中，傳統的機器人示教編程以機器人末端坐標系作為工具坐標系，以機器人末端法蘭中心點作為TCP。測量過程中，機器人準確地將TCP移動到示教軌跡中記錄的位置，并將工具坐標系方向和不教時記錄的方向對齊。在工業生產過程中，由于機器人發生碰撞事故或儀器檢修等原因，時常需要更換視覺傳感器或者機械轉接件。由于視覺傳感器的結構存在差異，機械轉接件的加工精度和安裝精度不同，結構光傳感器投射出的光平面空間位置將發生變化，傳感器坐標系和機器人末端腕坐標系的空間位置關系也將發生變化。如果機器人仍然按照原來示教的軌跡測量，將無法實現結構光傳感器重復定位到之前的測量位置，直接影響測量精度，甚至由于光條偏離太多，導致建立的數學模型無法實現測量。傳統的解決方法是在修復機械轉接件后重新示教機器人測量軌跡，這種方式不僅費時費力，而且工作難度大。工具坐標系的快速修復方法可創造較大的經濟效益和社會效益。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種機器人工具坐標系及TCP快速修復方法，在保證安全性的同時可以節省時間和勞動力，同時能夠滿足機器人柔性視覺檢測系統中現場機器人發生碰撞事故后快速恢復生產測量的應用需求。本專利技術的技術方案如下:本專利技術提供了一種基于基準球的工具坐標系現場快速修復方法，主要包括以下步驟:(I)現場安裝測量設備:在機器人法蘭末端安裝經過標定后的結構光視覺傳感器，在機器人基座側方安裝基準球校準靶標；(2)通過示教編程控制機器人做4次平動、6次變位姿運動，利用結構光視覺傳感器測量該10個位置處基準球的球心坐標；(3)由測得的球心坐標和機器人10次運動的位姿數據求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態；(4)基于求得的工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態，定義機器人程序中的工具坐標系，并在此工具坐標系下示教機器人測量軌跡；(5)在結構視覺光傳感器和機器人法蘭末端之間的相對位置發生變化后，重新控制工業機器人做4次平動、6次變位姿運動的位姿；(6)按照步驟(2)至步驟(4)的方法重新求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態，并重新定義機器人程序中的工具坐標系；(7)機器人在新定義的工具坐標系下進行測量，不需要重新示教機器人測量軌跡。本專利技術基于機器人柔性視覺測量原理，結合現場校準技術，提供了一種快速準確的機器人柔性視覺測量系統中工具坐標系修復設備及方法，填補了我國在這一領域的空白，且國外也暫無相關報道，為實現機器人工具坐標系及TCP快速修復提供技術手段，也滿足機器人柔性視覺檢測系統中現場機器人發生碰撞事故后快速恢復生產測量的應用需求，具有重要的意義。附圖說明圖1是本專利技術基于標準球的工具坐標系校準示意圖。附圖標記:1工業機器人2結構光傳感器3基準球具體實施例方式為能進一步了解本專利技術的
技術實現思路
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:為解決目前機器人柔性視覺檢測系統中現場機器人發生碰撞事故后，快速修復機器人工具坐標系及TCP的問題，本專利技術實施例提供一種快速準確的機器人柔性視覺測量系統中工具坐標系修復設備及方法，其具體步驟如下:(I)利用任意位姿平面靶標結構光傳感器標定法，標定過程中平面靶標在傳感器測量空間內自由運動，結合結構光傳感器數學模型，實現結構光傳感器中攝像機的參數標定。然后基于透視投影交比不變性原理，實現結構光傳感器的光平面參數標定。根據結構光傳感器中光平面結構參數定義光平面坐標系，并將光平面坐標系定義為機器人測量程序中的工具坐標系，將光平面坐標系的原點作為工具中心點(TCP);(2)在現場工業機器人工作空間布置安裝測量設備:通過機械轉接件將經過標定后的結構光視覺傳感器安裝在機器人法蘭末端，在機器人基座側方固定基準球校準靶標；(3)通過示教編程控制機器人在機器人基坐標系下做4次平動、6次變位姿運動，如圖1所示。4次平動保持機器人末端法蘭坐標系相對機器人基坐標系姿態不變，且每次平動中都有沿基坐標系3個軸方向的運動。6次變位姿運動中機器人末端法蘭坐標系相對機器人基坐標系位置和姿態都發生變化。機器人每運動到一個位置，結構光傳感器測量該位置處基準球的球心在傳感器坐標系下的坐標，根據結構光傳感器光平面參數將球心坐標轉換到工具坐標系下，并通過測量軟件從機器人控制器中讀出該位置處機器人位姿。根據系統測量模型，由測得的球心坐標和機器人10次運動的位姿數據求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位姿轉換矩陣；求解方法可以按照現有的方法進行，下面列舉了兩篇論文:論文1:李劍峰，朱建華，湯青，等.機器人一三維掃描系統聯合掃描及其工業應用.光電工程，2007，02:1521.論文2:李劍峰，湯青，朱建華，等.機器人三維掃描加工系統與提高加工精度的新方法.計算機輔助設計與圖形學學報、2007.19(08):10691074(4)根據現場所用的機器人品牌，將求得的工具坐標系位姿轉換矩陣轉換為該品牌機器人控制器中工具坐標系參數表示方式，并在此工具坐標系下示教機器人測量軌跡對被測特征進行測量；(5)當工業現場發生機器人碰撞事故導致結構光傳感器和機器人末端之間的機械轉接件斷裂，焊接修復后重新安裝。此時工具坐標系相對機器人末端坐標系的位置和姿態已發生變化，若機器人仍按原測量軌跡測量，光條可能已經偏出被測特征孔，無法根據結構光傳感器測量模型進行測量。微調步驟(3)中機器人4次平動位置，并通過控制工業機器人的4、5、6軸運動微調6次變位姿運動的位姿，使結構光傳感器能夠測量基準球的球心坐標；(6)由新測得的球心坐標和機器人10次運動的位姿數據重新求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位姿轉換關系；并基于新求得的位姿轉換關系重新定義機器人程序中的工具坐標系參數。無需重新示教機器人測量軌跡，機器人在新定義的工具坐標系下進行測量。權利要求1.，包括以下步驟: (1)現場安裝測量設備:在機器人法蘭末端安裝經過標定后的結構光視覺傳感器，在機器人基座側方安裝基準球校準靶標； (2)通過示教編程控制機器人做4次平動、6次變位姿運動，利用結構光視覺傳感器測量該10個位置處基準球的球心坐標； (3)由測得的球心坐標和機器人10次運動的位姿數據求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態； (4)基于求得的工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態，定義機器人程序中的工具坐標系，并在此工具坐標系下示教機器人測量軌跡； (5)在結構視覺光傳感器和機器人法蘭末端之間的相對位置發生變化后，重新控制工業機器人做4次平動、6次變位姿運動的位姿； (6)按照步驟(2)至步驟(4)的方法重新求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態，并重新定義機器人程序中的工具坐標系；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
機器人柔性視覺測量系統中工具坐標系快速修復方法，包括以下步驟：（1）現場安裝測量設備：在機器人法蘭末端安裝經過標定后的結構光視覺傳感器，在機器人基座側方安裝基準球校準靶標；（2）通過示教編程控制機器人做4次平動、6次變位姿運動，利用結構光視覺傳感器測量該10個位置處基準球的球心坐標；（3）由測得的球心坐標和機器人10次運動的位姿數據求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態；（4）基于求得的工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態，定義機器人程序中的工具坐標系，并在此工具坐標系下示教機器人測量軌跡；（5）在結構視覺光傳感器和機器人法蘭末端之間的相對位置發生變化后，重新控制工業機器人做4次平動、6次變位姿運動的位姿；（6）按照步驟（2）至步驟（4）的方法重新求解工具坐標系相對于機器人末端坐標系的位置和姿態，并重新定義機器人程序中的工具坐標系；（7）機器人在新定義的工具坐標系下進行測量，不需要重新示教機器人測量軌跡。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：任永杰，尹仕斌，邾繼貴，張園，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：