基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及运动平台位姿测量技术领域，具体而言涉及基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置及方法，靶标载体，包括与并联机器人上平台的下端面贴合的第一表面以及与所述第一表面具有确定空间位置关系的n个第二表面，每一个第二表面赋予特定的编号；双目视觉测量系统。本发明专利技术利用被动视觉测量系统实现并联机器人的高精度非接触测量，具有较好的安全性，系统结构简单，易于实现；基于正十二面体的多面体测量靶标，在上平台相较于下平台进行多角度运动时，始终有一个面处于视觉测量系统的视场内，实现并联机器人的大范围位姿测量，能够较好的应用于并联机器人的全运动空间的位姿测量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及运动平台位姿测量
，具体而言涉及基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置及方法。

技术介绍

[0002]目前六自由度并联型工业机器人的典型结构是stewart并联机器人。该机器人主要是通过六个可以伸缩的连接杆将上平台和下平台连接起来，控制器驱动六个连接杆进行伸缩运动使得动平台达到不同位姿。其中连接杆可以采用气动、液压或者电动三种驱动形式。但在该控制系统仍是一个半闭环的控制系统，即Stewart并联机器人的运动控制器中仅关注每个连接杆的位置控制精度。当前Stewart并联机器人的硬件系统中也缺少相应的传感器系统用于检测并联机器人的末端位姿。Stewart并联机器人的位姿计算主要是依赖于连接杆的长度。但并联机器人上下平台的加工和装配误差无法通过连接杆的长度反馈体现出来，进而影响并联机器人的精度性能。
[0003]若要实现并联机器人的位姿测量，一般通过拉线传感器、倾角仪、惯性传感器实现部分位姿信息的检测，但无法获得完整、精确的姿态数据。基于激光跟踪仪、立体视觉的测量系统等，需要在并联机器人的上平台安装一些外测量装置，譬如激光跟踪仪使用的靶球、立体视觉测量系统的视觉靶标。此类设备的测量范围受到测量靶标的测量范围影响，无法覆盖并联机器人的全运动范围。
[0004]因此，亟待设计一种可实现大范围测量的视觉系统及组合测量方法，具有较好的现场或设备内部的布置灵活性，也能够实现高精度的测量，同时视觉系统的结构复杂度小，价格低廉，适宜技术的推广和应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术第一方面提出一种技术方案，一种基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置，包括：
[0006]靶标载体，包括与并联机器人上平台的下端面贴合的第一表面以及与所述第一表面具有确定空间位置关系的n个第二表面，每一个第二表面赋予特定的编号；
[0007]双目视觉测量系统，包括第一工业相机、第二工业相机以及将第一工业相机、第二工业相机固定到并联机器人下平台的上端面的支架；
[0008]其中，所述第一表面和第二表面是平面，第i个第二表面的坐标系Ti与第一表面的坐标系T0之间的转换矩阵定义为Hi，其中，i＝1,2,3，
…
，n，n是正整数；
[0009]所述第一表面的坐标系T0与所述并联机器人上平台的坐标系Ta之间的转换矩阵定义为H0a；
[0010]所述双目视觉测量系统的坐标系Tc与所述并联机器人下平台的坐标系Tb之间转换矩阵定义为Hcb；
[0011]所述双目视觉测量系统被配置为获取任意一个或多个第二表面的坐标系Ti对于
坐标系Tc的位姿矩阵T
ic
j，其中，j对应第j次并联机器人位姿测量矩阵；
[0012]所述并联机器人上平台的坐标系Ta与所述并联机器人下平台的坐标系Tb之间的位姿转换矩阵T
ab
j是：Hcb
·
T
ic
j
·
Hi
·
H0a。
[0013]优选的，在n个第二表面中，其中，第一个第二表面与所述第一表面平行，其余的第二表面被设置在第一表面和第一个第二表面之间。
[0014]优选的，所述靶标载体被构造成正十二面体，其中，正十二面体具有一个第一表面和个第二表面，第一表面和第一个第二表面平行。
[0015]优选的，所述第二表面设有能被所述双目视觉测量系统识别并对该面进行标记的图像标签，并在图像标签的X轴正方形设有第一反射标签，在图像标签的X轴负方形设有第二反射标签，在图像标签的Y轴正方形设有第三反射标签。
[0016]优选的，所述图像标签为Apriltag编码标签。
[0017]优选的，所述反射标签被构造成相对于第二表面具有圆形的轮廓。
[0018]优选的，至少一个所述第二表面中的第一反射标签、第二反射标签、第三反射标签和图像标签处于所述第一工业相机和第二工业相机的视场范围内。
[0019]本专利技术第二方面提出一种技术方案，一种基于上述的基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置的位姿测量方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1、对双目视觉测量系统进行内外参数标定；
[0021]步骤2、在并联机器人上平台相对于并联机器人下平台处于初始位置时，调整第一工业相机和第二工业相机的位置，使至少一个所述第二表面中的第一反射标签、第二反射标签、第三反射标签和图像标签处于所述第一工业相机和第二工业相机的视场范围内；
[0022]步骤3、通过双目视觉测量系统识别视场范围内至少一个第二表面上的图像标签以及第一反射标签、第二反射标签、第三反射标签，并通过该图像标签确定所述第二表面的编号以及对应的坐标系Ti，坐标系Ti相对于双目视觉测量系统的坐标系Tc的位姿矩阵T
ic
j，其中j对应第j次并联机器人位姿测量矩阵；
[0023]步骤4、根据所识别的第二表面与第一表面之间的转换矩阵Hi，所述第一表面的坐标系T0与所述并联机器人上平台的坐标系Ta之间的转换矩阵H0a，所述双目视觉测量系统的坐标系Tc与所述并联机器人下平台的坐标系Tb之间转换矩阵Hcb，可以得到，并联机器人上平台的坐标系Ta与并联机器人下平台的坐标系Tb之间的位姿转换矩阵T
ab
j是：Hcb
·
T
ic
j
·
Hi
·
H0a。
[0024]优选的，在步骤3中，利用图像处理提取第一反射标签、第二反射标签、第三反射标签在双目视觉测量系统坐标系Tc下所对应的圆心点，分别记为P1，P2，P3，以P2点作为所识别的第二表面坐标系的原点，以P2，P3点的连线方向的单位向量x为X轴方向；以P1，P2，P3构成的平面法向量的单位向量z为Z轴方向，由X轴和Y轴的向量叉乘计算得到Y轴的单位方向向量o，得到所识别的第二表面的坐标系Ti。
[0025]优选的，在步骤4中，将步骤3中识别的两个以上的第二表面所对应的位姿矩阵做均值化处理，以平均值作为并联机器人上平台的坐标系Ta与并联机器人下平台的坐标系Tb之间的位姿转换矩阵T
ab
j。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0027]本专利技术利用被动视觉测量系统实现并联机器人的高精度非接触测量，具有较好的
安全性，系统结构简单，易于实现；基于正十二面体的多面体测量靶标，在上平台相较于下平台进行多角度运动时，始终有一个面处于视觉测量系统的视场内，实现并联机器人的大范围位姿测量，能够较好的应用于并联机器人的全运动空间的位姿测量。
附图说明
[0028]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：
[0029]图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置，其特征在于，包括：靶标载体(2)，包括与并联机器人上平台(11)的下端面贴合的第一表面(20)以及与所述第一表面(20)具有确定空间位置关系的n个第二表面(21)，每一个第二表面(21)赋予特定的编号；双目视觉测量系统(3)，包括第一工业相机(301)、第二工业相机(302)以及将第一工业相机(301)、第二工业相机(302)固定到并联机器人下平台(12)的上端面的支架(303)；其中，所述第一表面(20)和第二表面(21)是平面，第i个第二表面(21)的坐标系Ti与第一表面(20)的坐标系T0之间的转换矩阵定义为Hi，其中，i＝1,2,3，
…
，n，n是正整数；所述第一表面(20)的坐标系T0与所述并联机器人上平台(11)的坐标系Ta之间的转换矩阵定义为H0a；所述双目视觉测量系统(3)的坐标系Tc与所述并联机器人下平台(12)的坐标系Tb之间转换矩阵定义为Hcb；所述双目视觉测量系统(3)被配置为获取任意一个或多个第二表面(21)的坐标系Ti对于坐标系Tc的位姿矩阵T
ic
j，其中，j对应第j次并联机器人位姿测量矩阵；所述并联机器人上平台(11)的坐标系Ta与所述并联机器人下平台(12)的坐标系Tb之间的位姿转换矩阵T
ab
j是：Hcb
·
T
ic
j
·
Hi
·
H0a。2.根据权利要求1所述的基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置，其特征在于，在n个第二表面(21)中，其中，第一个第二表面(21)与所述第一表面(20)平行，其余的第二表面被设置在第一表面(20)和第一个第二表面(21)之间。3.根据权利要求1所述的基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置，其特征在于，所述靶标载体(2)被构造成正十二面体，其中，正十二面体具有一个第一表面(20)和11个第二表面(20)，第一表面(20)和第一个第二表面(21)平行。4.根据权利要求1
‑
3中的任意一项所述的基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置，其特征在于，所述第二表面(21)设有能被所述双目视觉测量系统(3)识别并对该面进行标记的图像标签，并在图像标签的X轴正方形设有第一反射标签(203)，在图像标签的X轴负方形设有第二反射标签(201)，在图像标签的Y轴正方形设有第三反射标签(202)。5.根据权利要求4所述的基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置，其特征在于，所述图像标签为Apriltag编码标签。6.根据权利要求4所述的基于视觉测量的并联机器人位姿测量装置，其特征在于，所述反射标签被构造成相对于第二表面(21)具有圆形的轮廓。7.根据权利要求4所述的基于视觉测量的并联机器人位姿测量装...

【专利技术属性】
技术研发人员：相铁武，王赛进，傅阳光，胡鑫豪，
申请(专利权)人：南京全控电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：