[發明專利]一種工業機器人三維實時高精度定位裝置及方法

有效

• 申請號: 201310300107.3
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN104298244A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 劉永;時定兵
• 申請（專利權）人: 劉永
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及工業機器人視覺伺服技術領域，特別是一種工業機器人三維實時高精度定位裝置及方法。

背景技術

隨著工業機器人的應用范圍的擴大和多種復雜場合的需要，工業機器人視覺伺服顯得越來越重要。在目前的工業機器人實際運用中，由于定位精度、實時性、需要標定等問題，只有極少場合運用了機器人視覺伺服定位，隨著工業機器人行業的發展，工業機器人擁有視覺伺服能力將是必然趨勢。實時性與定位精度是驗證一個機器人視覺定位系統有效性與可實用性的最重要的兩個指標，也是能否被投入到實際工業生產中的關鍵性因素。

基于視覺的機器人控制分為兩類：基于位置的視覺伺服和基于圖像的視覺伺服。基于位置的視覺伺服機器人定位過程中需要對機器人進行標定，標定中存在的任何誤差都會導致機器人在三維空間中的定位產生一定的誤差(P.I.Corke?and?S.Hutchinson2001)。

在基于圖像的視覺伺服中，視覺系統中微小的誤差將會對機器人定位產生很大的影響，故需要對攝像機以及機器人進行標定，而對攝像機和機器人的標定是一個極其復雜的問題。圖像處理與控制機器人運動之間同步實時性是一個必須面臨的難題，因此，由于圖像處理的延時，高精度與高實時性的基于圖像的視覺伺服定位是一個難以完成的任務。Itsushi?Kinbara提出了一種新的視覺伺服機器人控制系統，此系統采用對圖像特征進行估計的方法，但是這種方法始終擺脫不了需要對相機進行標定的弊端(Itsushi?Kinbara,satoshi?Komadda,and?JunjiHirai2006)。

絕大部分的視覺伺服定位方法都是對相機的參數進行標定，但是S.B.Skaar首先提出了一種方法名為camera-space?manipulation(CSM)，這種方法是建立機器人工裝機構上的特征點在相機空間的坐標與相對應的機器人關節空間的關系(S.B.Skaar,W.H.Brockman,and?R.Hanson1987)，基于這種方法的機器人定位不需要對相機進行標定，也不需要對工業機器人進行標定。Juan?Manuel?Rendon-Mancha提出了一種改進的CSM方法，采用了運用線性的模型代替經典CSM方法中的非線性參數模型(Juan?Manuel?Rendon-Mancha,Antonio?Cardenas,MarcoA.Garcia2010)。CSM方法被運用到很多場合，例如太空探索，以及移動機器人等多個領域，但是并沒有被深入的運用到實際工業生產當中去。

綜上所述，目前工業生產中的機器人三維定位方法具有以下缺點：定位過程中需要對系統進行標定，標定誤差大、操作復雜、定位精度低，影響了工業機器人的工作效率，阻礙了工業機器人的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高精度的工業機器人三維實時定位裝置及方法，具有操作簡單、工作效率高、實時性好的優點。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種工業機器人三維實時高精度定位裝置，包括：工業機器人系統、工業計算機和相機單元，其中工業計算機包括變權重相機空間定位單元、圖像處理單元和機器人運動控制單元，機器人運動控制單元包括機器人正運動學單元和機器人逆運動學單元兩部分，其中圖像處理單元通過變權重相機空間定位單元與機器人運動控制單元相連；工業計算機通過第一千兆以太網與工業機器人控制器相連接，工業機器人控制器的控制端接入工業機器人系統，工業計算機通過第二千兆以太網與相機單元相連；

所述工業機器人系統包括六自由度工業機器人、激光發射裝置和工裝機構，其中工裝機構的初始端剛性固定在六自由度工業機器人的末端，且與六自由度工業機器人的前臂共軸；工裝機構的末端設置有特征點和工具，特征點位于工裝機構頂端與其軸線成30°～60°夾角的上斜面，工具剛性固定在工裝機構的下方；激光發射裝置設置在六自由度工業機器人前臂，使激光發射裝置發射出的激光線投射到工作平臺上；

相機單元將實時采集的圖像輸入工業計算機中的圖像處理單元進行處理，并將處理結果發送給變權重相機空間定位單元；機器人正運動學單元將當前六自由度工業機器人的狀態信息進行處理后發送給變權重相機空間定位單元；變權重相機空間定位單元對接收到的信息進行綜合處理后發送給機器人逆運動學單元；機器人逆運動學單元與工業機器人控制器進行網絡通信發送命令控制六自由度工業機器人運動。