[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

本發明公開了一種機械臂末端位姿誤差測量方法及系統，所述系統包括測量靶標裝置、機械臂、條紋投影三維掃描裝置和處理器；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。通過無外部影響時提前獲取機械臂末端的標準位姿，直接和實際工作中的機械臂末端的實際位姿進行比較，快速測量位姿誤差；另外，獲取大量基準球表面三維點云數據，通過三維點云數據擬合各球心位置，由于計算過程中使用了大量點云數據，少量誤差較大的數據對測量結果影響較小，可以實現更高精度的工業機械臂末端位姿誤差測量。

技術領域

本發明涉及工業機械臂領域，具體是一種機械臂末端位姿誤差測量方法及系統。

背景技術

工業機械臂具有結構簡單，操控方便等特點，可以替代人力實現自動化和智能化生產，能夠提高生產效率、改善生產環境和降低產品成本，在企業中得到了越來越多的應用。盡管工業機械臂已經廣泛應用于產品搬運或油漆噴涂等危險工作，但是工業機械臂的整體機械結構屬于串聯式結構，結構剛性較弱，在工作過程中很難達到較高的定位精度，其絕對定位誤差甚至可以達到2～3毫米，極大地限制了其在高精度制造場合中的進一步應用。通過優化裝置及構件結構或者改進建模理論等方式可以提高工業機械臂的絕對定位精度，但是由于工業機械臂的整體結構不平衡，這些方法往往定位精度提升效果有限。

相比之下，采用測量系統對工業機械臂位姿誤差進行監測并及時進行補償，能夠更加有效地實現工業機械臂的高精度定位和滿足智能產品制造的操控精度需求。現有的工業機械臂末端位姿測量方法可以簡單分為接觸式和非接觸式測量方法。接觸式測量方式要求測量設備必須直接與測量目標接觸,通常使用球桿儀、拉線式傳感器等設備,這種接觸式的測量在機械臂上實施起來難度大,操作也較為復雜且測量范圍較小。非接觸測量方法主要包括有激光跟蹤儀器和視覺傳感器。其中，激光跟蹤儀具有測量精度高，測量范圍大等優點，但不易搬運而且價格昂貴。憑借著測量效率高和成本低等優點，視覺檢測成為最常用的工業機械臂末端位姿測量方式。雙目視覺方法基于視差原理并通過多個特征點的匹配以實現三維位姿檢測。該方法僅需兩個相機同步采集圖像即可實現位姿測量，測量效率較高，是目前最常見的工業機械臂末端位姿測量方法。但是雙目視覺方法的測量精度容易受到測量距離和成像角度等因素影響，往往只能在最佳測量位置獲得標稱的測量精度。

發明內容

本發明提供一種機械臂末端位姿誤差測量方法及系統，以解決現有技術中所存在的一個或多個技術問題，至少提供一種有益的選擇或創造條件。

第一方面，本發明實施例提供了一種機械臂末端位姿誤差測量方法，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時，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。

進一步，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：