工件坐标系标定系统及方法技术方案

本申请提供一种工件坐标系标定系统及方法，该方法包括：获取末端平台在并联机构位于多个标定位形下的第一位姿信息以及待装配工件在所述并联机构位于所述多个标定位形下的第二位姿信息；根据所述第一位姿信息以及所述第二位姿信息，对所述待装配工件进行坐标系标定；其中，所述多个标定位形为：所述末端平台在标定位置和标定姿态时所述并联机构的位形；所述标定位置为：所述并联机构灵巧度最高的末端平台位置；所述灵巧度用于指示所述并联机构姿态可调整幅度的大小。所述标定姿态为：所述末端平台位于所述标定位置时，所述并联机构的可行轴角空间边界对应的姿态。行轴角空间边界对应的姿态。行轴角空间边界对应的姿态。

【技术实现步骤摘要】
工件坐标系标定系统及方法


[0001]本申请涉及工业机器人领域，尤其涉及一种工件坐标系标定系统及方法。

技术介绍

[0002]对接装配是基础的现代制造工艺，在航空航天和军工领域尤为常见。传统方法一般采取激光跟踪仪配合工人手动操作实现大型部件对接，其效率低和自动化程度低等特点难以满足日益增长的装配智能化需求。因此，智能对接系统的研究被迫切需要。由于并联机构具有精度高，刚性好，承载能力大等特点，常被用于自动对接系统中作为工件位姿调整装置。为了精确控制大型工件的位姿，就需要精确地标定被承载工件相对于并联平台末端的位姿，这是保证逆运动学计算准确性的基础，是后续对准和连接的前提。
[0003]在相关技术中，一种常用标定方法是采用激光跟踪仪直接测量，但由于并联机构末端坐标系由各个支链末端球铰中心决定，必须采用额外的定位附件和更多的激光靶标来定位球铰中心的三维坐标，故虽然这类方法精度高，但是操作繁琐，价格昂贵。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种工件坐标系标定系统及方法，用于通过简单且成本较低的方法对待装配工件进行坐标系标定。
[0005]本申请提供一种工件坐标系标定系统，所述工件坐标系标定系统包括：并联机器人系统，标定物模块，工业相机，待装配工件，和工业计算机；所述并联机器人系统包括机器人控制器和并联机构；所述并联机构和所述机器人控制器，用于承载待所述待装配工件，以及按照所述计算机规划的运动路线对所述待装配工件进行位姿调节；所述标定物模块设置于所述待装配工件的端面上，用于确定所述工业相机的外参以及所述待装配工件的定位；所述工业相机设置于所述并联机器人系统靠近所述标定物模块的一侧，用于采集在所述并联机构位于不同位形下的标定物模块图像；所述计算机，用于所述并联机器人的运动规划、所述标定物模块图像的特征提取、所述工业相机外参的计算，以及对所述待装配工件的坐标系进行标定。
[0006]可选地，所述并联机构由四个并行的相同支链组成，所述支链固定在所述并联机构的基座上；所述支链包括三个串联的相互正交的单自由度移动副，用于控制支链在三个不同的方向上的移动；其中，所述并联机构中所有移动副的行程均相同；所述支链的垂直于所述基座的移动副的末端设置有球铰，用于所述支链的移动副与所述末端平台的连接；一个支链设置有一个球铰；其中，在所述末端平台的约束下，四个球铰的中心点在任意时刻均可组成一个空间正方形。
[0007]可选地，所述待装配工件的端面上设置有定位槽，用于与其他待装配工件的定位和导向；所述待装配工件的端面上还设置有螺纹孔，用于在两个待装配工件对接完成后紧固两个被连接工件。
[0008]可选地，所述标定物模块包括：定位结构和标定二维码；所述定位结构上设置有与
所述待装配工件的端面上设置的定位槽规格相同的定位槽，用于在所述待装配工件安装所述标定物模块时的定位；所述定位结构上还设置有观察窗，用于观察所述标定物模块的定位情况；所述标定二维码，用于在所述工业相机的内参已知的情况下，通过所述标定二维码的图像，得到所述工业相机的外参。
[0009]可选地，在所述待装配工件为圆柱形工件的情况下，所述标定物模块还包括：侧裙；所述侧裙的表面曲率与所述待装配工件内部的表面曲率相同；所述标定二维码设置于所述待装配工件的轴心位置。
[0010]本申请提供一种工件坐标系标定方法，应用于上述提到的工件坐标系标定系统，该方法包括：获取末端平台在并联机构位于多个标定位形下的第一位姿信息以及待装配工件在所述并联机构位于所述多个标定位形下的第二位姿信息；根据所述第一位姿信息以及所述第二位姿信息，对所述待装配工件进行坐标系标定；其中，所述多个标定位形为：所述末端平台在标定位置和标定姿态时所述并联机构的位形；所述标定位置为：所述并联机构灵巧度最高的末端平台位置；所述灵巧度用于指示所述并联机构姿态可调整幅度的大小。所述标定姿态为：所述末端平台位于所述标定位置时，所述并联机构的可行轴角空间边界对应的姿态。
[0011]可选地，所述获取末端平台在并联机构位于多个标定位形下的第一位姿信息，包括：根据先验的所述并联机构的机械参数以及所述并联机构中各机构的约束关系，确定所述末端平台位于不同位置下所述并联机构的可行轴角空间和灵巧度；将所述并联机构灵巧度最高的所述末端平台位置确定为所述标定位置；其中，所述可行轴角空间为：在所述末端平台位于同一位置下，所述并联机构所有符合所述约束关系的轴角向量所构成的空间。
[0012]可选地，所述将所述并联机构灵巧度最高的所述末端平台位置确定为上述标定位置之后，所述方法还包括：将所述并联机构位于目标可行轴角空间的边界上的8个点时所对应姿态确定为所述标定姿态，并与标定位置构成所述并联机构的8个标定位形；将所述并联机构位于所述标定位形时的末端平台位姿信息确定为所述第一位姿信息；其中，所述8个点构成的4条线段尽可能两两正交、且所述4条线段为所述目标可行轴角空间中尽可能最长的线段。
[0013]可选地，所述获取所述待装配工件在所述并联机构位于多个标定位形下的第二位姿信息，包括：计算所述末端平台不重复经过所述8个标定位形的最短路径，得到标定位形停靠顺序；将所述末端平台按照所述标定位形停靠顺序经过每个标定位形时所述待装配工件的位姿信息确定为所述第二位姿信息。
[0014]可选地，所述根据所述第一位姿信息以及所述第二位姿信息，对所述待装配工件进行坐标系标定之前，所述方法还包括：获取所述工业相机采集的所述末端平台按照所述标定位形停靠顺序经过每个标定位形时所述待装配工件上设置的标定物模块的目标图像；根据从所述目标图像中提取的特性信息以及所述工业相机的内参，确定所述工业相机的外参。
[0015]本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上述任一种所述工件坐标系标定方法的步骤。
[0016]本申请还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述工件坐标系标
定方法的步骤。
[0017]本申请还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述工件坐标系标定方法的步骤。
[0018]本申请提供的工件坐标系标定系统及方法，通过计算得到并联机构灵巧度最高的末端平台标定位置并基于该位置标定姿态并构成8个并联机构标定位形，后基于末端平台位于多个标定位形下的第一位姿信息以及待装配工件在所述末多个标定位形下的第二位姿信息；之后，根据第一位姿信息、第二位姿信息，对待装配工件进行坐标系标定，使得现有的自动装配机床在仅增加较少的硬件设备的情况下，即可完成待装配工件的坐标系标定，操作简单，方便快捷，成本低廉。此外该方法的位形规划在轴角空间中进行，充分利用机构灵巧度，将影响标定精度因素同时置于最优，进而提升标定精度。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工件坐标系标定系统，其特征在于，所述工件坐标系标定系统包括：并联机器人系统，标定物模块，工业相机，待装配工件和计算机；所述并联机器人系统包括机器人控制器和并联机构；所述并联机构和所述机器人控制器，用于承载待所述待装配工件，以及按照所述计算机规划的运动路线对所述待装配工件进行位姿调节；所述标定物模块设置于所述待装配工件的端面上，用于确定所述工业相机的外参以及所述待装配工件的定位；所述工业相机设置于所述并联机器人系统靠近所述标定物模块的一侧，用于采集在所述并联机构位于不同标定位形下的标定物模块图像；所述计算机，用于所述并联机器人系统的运动规划、所述标定物模块图像的特征提取、所述工业相机外参的计算，以及对所述待装配工件的坐标系进行标定。2.根据权利要求1所述的工件坐标系标定系统，其特征在于，所述并联机构由四个并行的相同支链组成，所述支链固定在所述并联机构的基座上；所述支链包括三个串联的相互正交的单自由度移动副，用于控制支链在三个不同的方向上的移动；其中，所述并联机构中所有移动副的行程均相同；所述支链的垂直于所述基座的移动副的末端设置有球铰，用于所述支链的移动副与所述末端平台的连接；一个支链设置有一个球铰；其中，在所述末端平台的约束下，四个球铰的中心点在任意时刻均可组成一个空间正方形。3.根据权利要求1所述的工件坐标系标定系统，其特征在于，所述待装配工件的端面上设置有定位槽，用于与其他待装配工件的定位和导向；所述待装配工件的端面上还设置有螺纹孔，用于在两个待装配工件对接完成后紧固两个被连接工件。4.根据权利要求3所述的工件坐标系标定系统，其特征在于，所述标定物模块包括：定位结构和标定二维码；所述定位结构上设置有与所述待装配工件的端面上设置的定位槽规格相同的定位槽，用于在所述待装配工件安装所述标定物模块时的定位；所述定位结构上还设置有观察窗，用于观察所述标定物模块的定位情况；所述标定二维码，用于在所述工业相机的内参已知的情况下，通过所述标定二维码的图像，得到所述工业相机的外参。5.根据权利要求4所述的工件坐标系标定系统，其特征在于，在所述待装配工件为圆柱形工件的情况下，所述标定物模块还包括：侧裙；所述侧裙的表面曲率与所述待装配工件内部的表面曲率相同；所述标定二维码设置于所述待装配工件的轴心位置。6.一种工件坐标系标定方法，其特征在于，应用于工件坐标系标定系统，所述方法包括：获取末端平台在并联机构位于多个标定位形下的第一位姿信息以及待...

【专利技术属性】
技术研发人员：景奉水，邢时雨，侯骏，范俊峰，刘兆阳，马云开，陶锐，谭民，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：