[發明專利]一種機械臂末端位姿誤差測量方法及系統

在審

• 申請號: 202110070623.6
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112880562A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 張煒;耿金華;朱炯光;邵鵬;尹樹彬
• 申請（專利權）人: 佛山職業技術學院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/62;G06T7/73;G06N3/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚志鵬

1.一種機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，包括：

設計測量靶標裝置，所述測量靶標裝置包括底座、多個標準球及多個支撐桿組成，每個支撐桿的一端固定在底座上，另一端用于固定一個標準球，所述多個支撐桿成環形分布，所述測量靶標裝置安裝于機械臂末端；

在實際工作之前，將機械臂末端移動到目標位置，通過條紋投影三維掃描裝置獲取標準球的多個參考相移條紋圖像，使用三維點云數據計算方法對多個參考相移條紋圖像處理得到各標準球表面輪廓三維點云數據作為參考三維點云數據，根據參考三維點云數據擬合各標準球的球心三維坐標作為標準位姿數據；

在實際工作過程中，當機械臂末端移動到所述目標位置時，通過條紋投影三維掃描裝置獲取標準球的多個實際相移條紋圖像，使用三維點云數據計算方法對多個實際相移條紋圖像處理得到各標準球表面輪廓三維點云數據作為實際三維點云數據，根據實際三維點云數據擬合各標準球的球心三維坐標作為實際位姿數據；

對實際位姿數據中每一個標準球的球心三維坐標沿空間坐標方向進行平移和繞坐標方向進行旋轉變換處理，當實際位姿數據經過平移參數平移和旋轉參數旋轉變換后與標準位姿數據的差值滿足預設條件時，將滿足預設條件的平移參數和旋轉參數作為機械臂末端位姿誤差。

2.根據權利要求1所述的機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，通過條紋投影三維掃描裝置獲取標準球的多個參考相移條紋圖像包括：

使用條紋投影三維掃描裝置投射多步相移條紋模板，同時使用相機同步采集與每個相移條紋模板對應相移條紋圖像I_i(x,y)，i＝1,2,…,N，N為相移步數，x和y為圖像的橫坐標和縱坐標。

3.根據權利要求2所述的機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，三維點云數據計算方法包括：

根據采集的相移條紋圖像計算調制度圖像；

對所述調制度圖像進行二值化轉換得到二值化調制度圖像；

從所述二值化調制度圖像中確定各標準球表面圖像區域；

根據條紋投影三維掃描裝置的轉換模型以及相位圖像坐標處的相位值，將各標準球表面區域的圖像坐標轉換成各標準球表面輪廓三維點云數據，其中相位圖像由相移條紋圖像經過多步相移算法處理得到。

4.根據權利要求3所述的機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，所述根據采集的相移條紋圖像計算調制度圖像為：

其中，M(x,y)為調制度圖像。

5.根據權利要求3所述的機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，所述對所述調制度圖像進行二值化轉換得到二值化調制度圖像包括：

使用大津法Otsu計算所述調制度圖像的二值圖像分割閾值，根據所述分割閾值對所述調制度圖像進行二值化轉換得到二值化調制度圖像。

6.根據權利要求5所述的機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，所述從所述二值化調制度圖像中確定各標準球表面圖像區域包括：

對所述二值化調制度圖像中的各個不連通區域進行搜索，根據其中心與各邊緣距離的變動情況搜索具有圓形特征的區域，確定為各標準球表面圖像區域。

7.根據權利要求1所述的機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，根據參考三維點云數據擬合各標準球的球心三維坐標作為標準位姿數據具體為：

由參考三維點云數據結合最小二乘擬合算法獲取各標準球的球心三維坐標作為標準位姿數據。

8.根據權利要求1所述的機械臂末端位姿誤差測量方法，其特征在于，使用粒子群尋優算法迭代平移參數和旋轉參數，直至實際位姿數據經過平移參數平移和旋轉參數旋轉變換后與標準位姿數據的差值滿足預設條件，其中預設條件指實際位姿數據中每一個標準球的球心三維坐標經過平移參數平移和旋轉參數旋轉變換后與標準位姿數據中對應的標準球的球心三維坐標的差值的絕對值的總和小于閾值。