[發明專利]一種基于雙目視覺的工業機器人運動精度檢測方法

在審

• 申請號: 201710214378.5
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN107088892A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 耿濤;符桂銘;梅雪松;蔡航航;夏磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;G06T7/00;G06T7/80
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 劉國智

技術領域

本發明屬于工業機器人檢測技術領域，涉及一種基于雙目視覺的工業機器人運動精度檢測方法。

背景技術

工業機器人在自動化生產領域近年來呈現出快速發展勢頭，但機器人目前性能還遠未達到人們預期。機器人的精度是反應機器人性能的一個重要指標，其包括絕對定位精度和重復定位精度。絕對定位誤差是機器人實際運動與期望運動之間的偏差，由確定性原始誤差，如連桿參數誤差、運動副間隙等所產生；重復定位精度誤差是機器人重復執行同一期望運動時，機器人的實際運動之間的相互離散程度，由隨機性原始誤差，如各關節伺服定位誤差等產生。

在工業機器人的制造生產中需要對機器人成品的重復定位精度進行檢測，目前僅有激光跟蹤儀一種較為認可的檢測方法，但該方法使用設備昂貴，設備價格一般為百萬元以上，并且操作復雜，難以滿足工業機器人生產和應用過程中的大量實際檢測需要。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種基于雙目視覺的工業機器人運動精度檢測方法，基于機器視覺提供工業機器人末端運動精度，實現對工業機器人運動精度的高精度檢測。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于雙目視覺的工業機器人運動精度檢測方法，包括以下操作：

1)首先預估機器人運動精度，根據所估計的運動精度進行雙目視覺相機的圖像視場和分辨率確定，選擇相匹配的鏡頭和相機；

2)根據工業機器人主要工作平面或關注的檢測面，確立機器人在三維環境下的某一工作面，其末端僅在某一平面內移動，雙目視覺相機成像平面保持與工作面平行；

3)在機器人末端貼上圓形標志點，當機器人末端在不同速度、不同負載、不同插補方法下重復運動到設定的預期位置時，利用雙目視覺相機獲取圓標志點的三維坐標位置，得到一系列三維坐標值并將其輸出計算處理單元；

4)計算處理單元將某一工況下測量得到的一系列三維坐標值在同一坐標系下顯示，得到在某一坐標點附近的一系列點陣，去除顯著錯誤點，能包裹該團點陣的球體半徑就是工業機器人的重復運動精度；采取控制變量法，在保證其余變量一樣的情況下，檢測單一工況變量下的工業機器人精度。

所述的去除顯著錯誤點為：將某一坐標點附近的一系列點陣進行標準差計算，得到標準差；將坐標值中任意三維維度超出相應的標準差三倍的點去除。

所述的機器人運動精度估計是根據機器人運動范圍、負載能力與設計說明資料進行運動精度范圍預估，根據這一估計范圍進行圖像視場和分辨率確定。

對于鏡頭的參數選擇，主要關注景深、工作距離和視場；

鏡頭具有的景深保證機器人末端在視場平面內有沿著相機光軸方向的移動分量時，圓形標志點成像不會模糊；

在相機分辨率一定的情況下，視場越小，檢測精度越高；

工作距離為保證相機與工業機器人保持的安全距離，工作距離在500mm～700mm；

視場范圍滿足機器人末端運動停止位置；

在確立了景深、視場和工作距離后，已知鏡頭到物體的距離D，視場大小X，相機型號尺寸d，鏡頭焦距f由f＝D*d/X得到。

所述的雙目視覺相機還關注相機通道，幀率和分辨率的選擇：

采用適用于工業檢測的黑白相機；

在不考慮中間過程的動態因素，采用30～50fps的幀率；

在確定視場大小后，分辨率的大小就直接決定了檢測系統的精度，精度指每個像素點所反映的實際距離；在確定工業機器人運動精度估值的情況下，確定檢測系統的精度要求，并用視場與精度要求間的商來確定分辨率大小，最后由這分辨率來進行雙目視覺相機的選型。

所述在進行檢測時，雙目相機成像平面與工業機器人工作平面間應盡可能保持平行：當鏡頭焦距固定時，工業機器人末端應運動在一個與成像平面平行的平面，或者末端反復停留位置在一個平面內，此時安裝雙目相機使成像平面與工業機器人工作平面保持平行，通過觀察現場實際存在的一組水平平行線在視場中是否無交匯的平行來判斷。

所述在進行檢測時，工業機器人末端在某一速度、負載和插補方式下運動，可分別觀察速度、負載和插補方式這三種工況對重復定位精度的影響，其具體操作如下：

(1)當負載、插補方式不變時，確定若干個速度值，在某一固定負載、插補方式、速度的工況下，通過預設的機器人運動程序，讓機器人末端反復運動到同一位置，用雙目視覺反復獲得圓目標點在這一位置下的三維坐標；

在獲得足夠多的采集數據后，變換機器人運動速度，重復上述操作，再獲得一系列坐標點；