[發明專利]一種基于視覺的移動機械臂末端定位裝置及方法

有效

• 申請號: 201810737223.4
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN109129463B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 陶波;趙興煒;虞蘇璞;望金山;尹周平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/04;B25J5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發明屬于機器人空間定位技術領域，并具體公開了一種基于視覺的移動機械臂末端定位裝置及方法。所述定位方法通過兩組固定在移動平臺上的相機，第一組相機測量定位靶標，通過絕對位置已知的定位靶標與第一組相機的相對位置反求第一組相機的空間絕對位置，第二組相機測量末端靶標，得到末端靶標相對于第二相機的相對位置關系，第一組相機的空間絕對位置通過坐標變換得到第二組相機的空間絕對位置，再根據末端靶標相對于第二組相機的相對位置關系求出末端靶標的空間絕對位置，繼而求得機械臂末端位姿。本發明適用于機械臂在大空間范圍移動時對機械臂末端的空間位置和姿態進行實時精密測量，測量精度在不同距離和范圍上保持一致，且成本低。

技術領域

本發明屬于機器人空間定位技術領域，更具體地，涉及一種基于視覺的移動機械臂末端定位裝置及方法。

背景技術

機械手臂是機械人技術領域中得到最廣泛實際應用的自動化機械裝置，在工業制造、醫學治療、娛樂服務、軍事、半導體制造以及太空探索等領域都能見到它的身影。盡管它們的形態各有不同，但它們都有一個共同的特點，就是能夠接受指令，精確地定位到三維(或二維)空間上的某一點進行作業。

隨著中國的制造業不斷發展，航空航天、新能源、軌道交通等行業的設備制造逐步朝著智能化、大型化發展，利用移動機械臂對工件進行智能化加工已成為一種趨勢，例如，大型風力葉片的打磨：在移動機械臂的末端安裝打磨頭對風力葉片表面進行移動加工，這種加工方式比人力加工效率更高，葉片表面質量也更容易控制，葉片氣動性能也更優異。使用移動機械臂對工件進行加工就需要知道機械臂末端的實時位置和姿態，從而控制機械臂的加工進給量和進給方向，因此，機械臂在大空間范圍移動時對機械臂末端的空間位置和姿態進行實時精密測量對實現智能加工，提高工件的加工效率、加工質量、工件性能方面具有重要意義。

專利201710230126.1提出一種使用激光跟蹤儀對機械臂末端進行空間位置和姿態測量的方法。激光跟蹤儀雖然能實現對大空間范圍內移動機械臂末端位置的測量，但測量時激光跟蹤儀需要固定位置，如果機械臂移動到工件背面，激光跟蹤儀需要進行轉站才能繼續測量，此外，激光跟蹤儀的測量精度會根據測量距離的增加而下降，因此在距離激光跟蹤儀近的地方測量精度高，距離遠的地方精度低，導致測量精度不一致。

專利201610865409.9提出一種使用IGPS系統對機械臂末端位姿進行測量的方法，IGPS系統雖然不用轉站便可以對移動機械臂末端進行實時測量，但IGPS系統由多個激光發射站組成，需要覆蓋的測量范圍越大，就需要增設更多的激光發射站，而激光發射站的價格昂貴，在大范圍使用成本高。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提出一種基于視覺的移動機械臂末端定位裝置及方法，其通過在移動機械臂加工平臺工作范圍外周設置若干定位靶標，在機械臂的端部設有多個末端靶標，并在該機械臂的相鄰兩側設有第一組相機和第二組相機，通過反算第一組相機空間絕對位置，然后求第二組相機空間絕對位置，最后得到移動機械臂末端的空間絕對位置，測量精度高，測量精度在不同距離和范圍上保持一致。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種基于視覺的移動機械臂末端定位裝置，包括設于工件外側的移動機械臂加工平臺，其特征在于，所述移動機械臂加工平臺工作范圍的外周設有若干定位靶標；所述移動機械臂加工平臺包括移動平臺、機械臂、第一組相機及第二組相機，所述機械臂設于所述移動平臺上，所述機械臂的端部設有多個末端靶標，所述第一組相機設置在與所述機械臂的旁側，所述第二組相機設置在與所述機械臂相對的一側，且所述第一組相機的拍攝視野內至少有四個或四個以上不共面的所述定位靶標，所述第二組相機的拍攝視野內至少有四個或四個以上不共面的所述末端靶標。

進一步的，所述第一組相機的相機數量≥2，且多個相機相互配合用于獲得所述定位靶標與所述第一組相機的空間相對位置關系。

進一步的，所述第二組相機的相機數量≥2，且多個相機相互配合用于獲得所述末端靶標與所述第二組相機的空間相對位置關系。