CN107270811A - 定位测试方法及定位测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定位测试方法包括：提供第一图像获取装置和第二图像获取装置。第一图像获取装置具有第一拍照方向，第二图像获取装置具有第二拍照方向。第一拍照方向和第二拍照方向相互交叉形成一个拍摄区域。拍摄区域内设置有预设位置。在标定物体上设置拍照标识。机械臂运动装置带动标定物体进行多次经过预设位置的运动。每次当标定物体运动到预设位置时，两个图像获取装置获取图像信息。对图像信息进行处理，得出定位测试方法的定位精度。本发明中定位测试方法的采样目标是一个采样面。算法只针对采样面内拍照标识的位置变化计算偏差。本发明的定位测试方法及定位测试装置用于机器人定位精度测试时，标定物体的平整度不会对测试结果造成误差。

Description

定位测试方法及定位测试装置

技术领域

本发明涉及设备精确定位技术领域，尤其涉及一种定位测试方法及定位测试装置。

背景技术

平面关节型机器人又称SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)型机器人，是一种应用于装配作业的机器人手臂。对于SCARA的定位精度测量有很多方法，传统的定点精度测量方法有撞击千分表法和连续波激光测距法。两种方法都要求被测物体的待测表面要绝对平整，并且要求每次测量的点或者线在同一高度。但是实际应用中是无法达到绝对平整度要求的。因此采用撞击千分表法和连续波激光测距法测量定位精度时会引入一定的固有误差，不能准确的测量到实际的定位精度。

发明内容

基于此，有必要针对传统的测量方法不能准确的测量到实际的定位精度的问题，提供一种定位测试方法及定位测试装置。本方案不要求待测表面绝对平整。也不要求待测的点或者线在同一个高度。本方法形成一个待测平面，只要待测点在一个平面内。

一种定位测试方法，用于测定机械臂运动装置的定位精度，所述机械臂运动装置包括，机械臂、与机械臂转动连接的旋转轴和设置于所述机械臂运动装置的标定物体，所述定位测试方法包括以下步骤：

提供第一图像获取装置和第二图像获取装置，所述第一图像获取装置具有第一拍照方向，所述第二图像获取装置具有第二拍照方向，所述第一拍照方向和所述第二拍照方向相互交叉形成一个拍摄区域，所述拍摄区域内设置有预设位置；

在所述标定物体上设置拍照标识；

所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体进行多次经过所述预设位置的运动；

每次当所述标定物体运动到所述预设位置时，所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置获取所述拍照标识以及所述标定物体的图像信息；

对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度。

在一个实施例中，所述拍照标识设置在所述标定物体的一个平面处，所述拍照标识在所述第一拍照方向上。

在一个实施例中，所述拍照标识设置在所述旋转轴的截面处，所述拍照标识在所述第二拍照方向上。

在一个实施例中，所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体进行多次经过所述预设位置的运动，包括：

所述经过所述预设位置的运动，包括：设定运动起点和运动终点；

所述运动起点为所述机械臂在安全运动范围内的一个定点，所述运动终点为所述拍摄区域内设置的预设位置。

在一个实施例中，所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体在所述运动起点和所述运动终点之间进行多次重复运动。

在一个实施例中，所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体进行多次经过所述预设位置的运动，包括：

设定所述机械臂运动装置的运动距离，所述运动距离的终点为所述预设位置。

在一个实施例中，所述机械臂运动装置通过所述旋转轴带动所述标定物体多次重复运动相同的运动距离，并使所述运动距离的终点在所述预设位置。

在一个实施例中，所述对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度，包括：

根据所述图像信息获取所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差；

根据所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差，分别得出所述机械臂运动装置的定位误差的均方差分布图；

根据所述均方差分布图得出系统整体误差和容错率为0时的精度值，所述系统整体误差和所述容错率为0时的精度值用于表征所述定位测试方法的定位精度。

一种定位测试装置，用于测定机械臂运动装置的定位精度，所述定位测试装置包括：标定支架、第一图像获取装置和第二图像获取装置；

所述第一图像获取装置具有第一拍照方向，所述第二图像获取装置具有第二拍照方向，所述第一拍照方向和所述第二拍照方向相互交叉形成一个拍摄区域，所述拍摄区域内设置有预设位置。

所述第一图像获取装置设置于所述标定支架，并且所述第一图像获取装置在所述标定支架的位置可调；

所述第二图像获取装置设置于所述标定支架，并且所述第二图像获取装置在所述标定支架的位置可调。

在一个实施例中，所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置为相机、摄像头、CCD或CMOS。

本发明提供了一种定位测试方法及定位测试装置。所述定位测试方法，用于测定机械臂运动装置的定位精度。所述定位测试方法包括以下步骤：将第一图像获取装置水平设置，将第二图像获取装置垂直设置。所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置形成一个相互交叉的拍摄区域，所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。在所述标定物体上设置拍照标识。所述机械臂运动装置通过所述旋转轴带动所述标定物体进行多次运动。每次当所述机械臂运动装置运动到所述预设位置时，所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置获取所述拍照标识以及所述标定物体的图像信息。对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度。本发明中的所述定位测试方法，采用两个图像获取装置对标定物体的拍照标识进行拍照。重复多次以实现对所述机械臂运动装置的定位测试。本发明中所述图像获取装置的采样目标是一个采样面。在采样面中，算法只针对区域内所述拍照标识的位置变化来计算偏差。采样面内其他特征信息都属于无效特征信息。因此本发明的定位测试方法及定位测试装置用于机器人定位精度测试时，标定物体的平整度不会对测试结果造成误差。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的定位测试方法的流程图；

图2为本发明一个实施例提供的定位测试方法的示意图；

图3为本发明一个实施例提供的定位测试方法中原始数据采集表；

图4为本发明一个实施例提供的定位测试方法定位精度测试报告；

图5a为本发明一个实施例提供的某金属表面的示意图；

图5b为本发明一个实施例提供的某金属表面的微观示意图；

图6a为本发明一个实施例提供的采用激光测距法测量重复定位精度的示意图；

图6b为本发明一个实施例提供的采用本发明的定位测试方法测量重复定位精度的示意图；

图7为本发明一个实施例提供的定位测试方法中图像获取装置拍照视野范围示意图；

图8为本发明一个实施例提供的定位测试方法中定位精度随视野变化的对比图；

图9为本发明一个实施例提供的定位测试方法中旋转轴的测试图。

附图标号说明：

定位测试装置 10

标定支架 110

第一图像获取装置 120

第二图像获取装置 130

机械臂运动装置 200

机械臂 210

旋转轴 220

标定物体 230

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的定位测试方法及定位测试装置进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，提供一种定位测试方法，用于测定机械臂运动装置200的定位精度。所述机械臂运动装置200包括，机械臂210、旋转轴220和标定物体230。

具体地，所述机械臂运动装置200的具体结构并不限定，可以为任何运动的待测试定位精度的装置。所述机械臂210为所述机械臂运动装置200的一部分。所述旋转轴220同样为所述机械臂运动装置200的一部分。所述旋转轴220能够带动所述标定物体230沿一定的运动方向旋转和运动。所述标定物体230可以是所述机械臂运动装置200本体末端的一个结构，也可以是所述机械臂运动装置200携带的、抓握的、运送的一个物体。

所述定位测试方法包括以下步骤：

S100，提供第一图像获取装置120和第二图像获取装置130。所述第一图像获取装置120具有第一拍照方向。所述第二图像获取装置130具有第二拍照方向。所述第一拍照方向和所述第二拍照方向相互交叉形成一个拍摄区域。所述拍摄区域内设置有预设位置；

在一个实施例中，可以将第一图像获取装置120水平设置，将第二图像获取装置130垂直设置，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130形成一个相互交叉的拍摄区域，所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。

具体地，可以将所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130设置在一个安装装置上。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130的位置并不固定。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130可以在所述安装装置上滑动，滑动后可以选择位置进行固定。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130可以根据所述机械臂运动装置200的不同定位位置进行调解。在两个图像获取装置调节过后，再确定一个预设位置，所述预设位置就是所述机械臂运动装置200的一个定点。更具体地，当所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130固定时要形成一个相互交叉的拍摄区域。在所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。所述机械臂运动装置200运动到所述预设位置，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130能够拍摄所述标定物体230的图像信息。具体地，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130可以是相机、摄像头、CCD或CMOS等，能够获取图像的装置。CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器，也叫图像控制器。CMOS英文全称Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件，尤其是片幅规格较大的单反数码相机。

S200，在所述标定物体230上设置拍照标识。

具体地，所述拍照标识可以设置在所述标定物体230的表面。设置所述拍照标识是为了定位及对比拍摄的图像信息。所述拍照标识可以设置在所述第一图像获取装置120的拍摄区域上，也可以设置在所述第二图像获取装置130的拍摄区域上。可以理解，所述拍照标识也可以设置在所述旋转轴220的截面处。

S300，所述机械臂运动装置200通过所述机械臂210和所述旋转轴220带动所述标定物体230进行多次经过所述预设位置的运动。

具体地，所述机械臂运动装置200可以按照设定的程序进行运动。在需要测定所述机械臂运动装置200的定位精度时，可以设定所述机械臂运动装置200的运动路线和运动方式。所述机械臂运动装置200的运动路线和运动方式可以任意确定，但所述标定物体230需要停在所述预设位置。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130可以在相互交叉的拍摄区域内进行拍照。

S400，每次当所述标定物体230运动到所述预设位置时，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130获取所述拍照标识以及所述标定物体的图像信息。

每次当所述标定物体230运动到所述预设位置时，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130获取所述拍照标识以及所述标定物体230的图像信息。

具体地，比如，所述拍照标识设置在所述标定物体230的面向所述第一图像获取装置120的拍摄区域。每次所述机械臂运动装置200通过所述旋转轴220带动所述标定物体230运动到预设位置时，所述第一图像获取装置120拍摄所述拍照标识所在的平面，将所述图像信息传送至后端处理。所述第二图像获取装置130拍摄所述标定物体230在所述第二图像获取装置130的拍摄区域的图像信息，也将所述图像信息传送至后端处理。

S500，对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度。

具体地，可以通过图像软件处理系统对所述拍照标识的图像信息和所述标定物体230的图像信息整合以后进行处理。通过计算分析每一次上传的所述图像信息，即可获取到所述机械臂运动装置200每一次运动到预定位置的实际位置数据，从而计算出所述机械臂运动装置200的定位精度。

本实施例中，采用上述的定位测试方法，对所述机械臂运动装置200的平面平整度没有要求。因为每一次拍摄都是针对目标区域平面的整体取样，因此表面的一切特征都属于多次拍摄的图像信息里重合的部分。所述定位测试方法中对于拍摄的图像信息没有重合的部分是不会参与分析和运算的。对于多次拍摄的图像信息里没有重合的部分也不是分析误差的有效特征。因此，多次拍摄的图像信息里没有重合的部分也不影响分析结果的真实可靠性。

在一个实施例中，所述拍照标识设置在所述标定物体230的一个平面处，所述拍照标识在所述第一拍照方向上。所述拍照标识可以在所述第一图像获取装置120的拍照方向，按照所述定位测试方法可以测定所述机械臂运动装置200的重复定位精度和相对定位精度。

具体地，设置运动起点和运动终点。采用所述定位测试方法测定所述机械臂运动装置200的重复定位精度。具体地，在一个实施例中，所述将第一图像获取装置120水平设置，将第二图像获取装置130垂直设置，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130的形成一个相互交叉的拍摄区域，所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。所述拍摄区域内形成拍摄的所述预设位置为运动起点。所述机械臂运动装置200在安全运动范围内的一个定点位置为运动终点。

具体地，在一个实施例中，所述机械臂运动装置200通过所述机械臂210和所述旋转轴220带动所述标定物体230进行多次运动，包括：

所述机械臂运动装置200通过所述旋转轴220带动所述标定物体230在所述运动起点和所述运动终点之间进行多次重复运动。

本实施例中，设置运动起点和运动终点。控制所述机械臂运动装置200在所述运动起点和所述运动终点之间重复多次运动。每一次所述标定物体230运动到所述运动起点时，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130进行拍摄。将拍摄的所述图像信息传送至后端处理系统，对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度。采用所述定位测试方法实现所述机械臂运动装置200的重复定位精度的测试。

在一个实施例中，所述拍照标识设置在所述标定物体230的一个平面处，所述拍照标识在所述第一图像获取装置120的拍照方向。设定所述机械臂运动装置200的运动距离。按照所述定位测试方法测定所述机械臂运动装置200的相对定位精度。

具体地，在一个实施例中，所述将第一图像获取装置120水平设置，将第二图像获取装置130垂直设置。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130的形成一个相互交叉的拍摄区域，所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。具体包括：设定所述机械臂运动装置200的运动距离。所述运动距离的终点为所述预设位置。所述运动距离的起点可以设置在所述机械臂运动装置200能够到达的任何位置。具体地，所述运动距离可以任意设置，比如设置所述运动距离为“前进5厘米”。当所述运动距离为“前进5厘米”时，所述运动距离的终点为所述预定位置。所述运动距离(“前进5厘米”)的起点：以所述预定位置为球心，以5厘米为半径的球体的表面上的任一点。

具体地，在一个实施例中，所述机械臂运动装置200通过所述旋转轴220带动所述标定物体230进行多次运动。具体包括：所述机械臂运动装置200通过所述旋转轴220带动所述标定物体230多次重复运动相同的运动距离，并使所述运动距离的终点在所述预设位置。如上述举例，所述运动距离为“前进5厘米”，那么可以控制所述机械臂运动装置200从某一运动起点到所述预设位置(即所述运动终点)。每一次测试需要运动装置确定固定的运动轨迹和路径，并做往复运动。在运动过程中，每一次运动到所述预设位置时，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130都会获取所述拍照标识以及所述标定物体230的图像信息。然后将所述图像信息回传至后端处理，得出所述机械臂运动装置200的相对定位精度。

在一个实施例中，所述拍照标识设置在所述旋转轴220截面处，所述拍照标识在所述第二图像获取装置130的拍照方向。所述拍照标识在所述第二图像获取装置130的拍照方向，按照所述定位测试方法可以测定所述机械臂运动装置200的所述旋转轴220的重复定位精度和相对定位精度。

可以理解，所述重复定位精度就是设定运动起点和运动终点，所述机械臂运动装置200在所述运动起点和所述运动终点之间重复多次运动。每次运动到所述运动起点时，通过所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130进行拍摄，以获取图像信息。然后将所述图像信息回传至后端处理，得出所述机械臂运动装置200的相对定位精度。在本实施例中，所述拍照标识设置在所述旋转轴220平面。所述旋转轴220在所述运动起点和所述运动终点之间重复运动。每次运动到所述运动起点时，用所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130对所述拍照标识进行拍摄。将拍摄的所述图像信息传送至后端处理系统。所述后端处理系统对所述图像信息进行处理，得出所述机械臂运动装置200的旋转轴的重复定位精度。具体地，也可以设置一个所述预设位置，只是所述旋转轴220转动的角度需要确定。比如：可以设置所述旋转轴220“旋转180°”，所述旋转轴实施多次重复旋转。每次旋转180°以后，用所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130对所述拍照标识进行拍摄。将拍摄的所述图像信息传送至后端处理系统。所述后端处理系统对所述图像信息进行处理，得出所述机械臂运动装置200的旋转轴的相对定位精度。

本实施例中，所述定位测试方法能够测试所述机械臂运动装置200中所述旋转轴220的重复定位精度和相对定位精度。所述定位测试方法实现了对所述机械臂运动装置200的X轴、Y轴、Z轴(整个空间)以及在A轴(旋转轴)方向上的定位精度测试。

在一个实施例中，所述对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度，包括：

S510，根据所述图像信息获取所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差。

S520，根据所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差，分别得出所述机械臂运动装置200的定位误差的均方差分布图。

S530，根据所述均方差分布图得出系统整体误差和容错率为0时的精度值，所述系统整体误差和所述容错率为0时的精度值用于表征所述定位测试方法的定位精度。

采用上述方法测得的原始数据如图3所示。具体地，S510，根据所述图像信息获取所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差。如图3中，前四列的原始数据为真实坐标X、真实坐标Y、真实坐标A、真实坐标Z。汇总多次的测试数据，计算并得出X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差。另外，还可以得出所述机械臂运动装置的第一关节、第二关节、第三关节以及第四关节的运动数值。还可以设置X轴、Y轴、A轴和Z轴的DSP(数字线号处理)坐标。根据重复多次测得的DSP坐标X、DSP坐标Y、DSP坐标Z和DSP坐标A的数值计算出X轴DSP偏差值、Y轴DSP偏差值、Z轴DSP偏差值、A轴DSP偏差值。

具体地，S520，根据所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差，分别得出所述机械臂运动装置200的定位误差的均方差分布图。如图4为A轴均方差分布图，横坐标为偏差值，纵坐标为测试的次数。即偏差在某一范围内的次数。经过多次测量绘制出如图4所示的A轴均方差分布图。同样可以得出X轴均方差分布图、Y轴均方差分布图和Z轴均方差分布图。

具体地，S530，根据所述均方差分布图得出系统整体误差和容错率为0时的精度值，所述系统整体误差和所述容错率为0时的精度值用于表征所述定位测试方法的定位精度。根据X轴、Y轴、Z轴和A轴各自的均方差分布图可以分别得出每次测量结果在各个轴向的坐标偏差。汇总每次测量结果在各个轴向的坐标偏差，得出系统整体误差和容错率为0时的精度值。再结合所述图像获取装置的精度值和所述机械臂运动装置的静止震动精度值，得出重复定位精度和相对定位精度。图3和图4是在一个测量重复定位精度的实施例中所得的原始数据及最终的测试报告。图4所示的所述测试报告会直接给出测试结果是否合格的结论。所述测试报告很直观的显示出最终计算得出的重复定位精度数值。由所述测试报告可见，测试得出的机器人重复定位误差A轴的均方差分布图符合正态分布。测试过程采集的原始数据在测试报告中也可以查看，其中系统整体误差通常定为：0.0038mm。如有超高精度要求的系统，定义此时误差为0.0051mm。如需要还可以给出X轴的均方差分布图、Y轴的均方差分布图、Z轴的均方差分布图等。

可以理解，得出所述定位精度的软件计算方法可以有多种。可以设置不同的硬件结构及软件程序对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度。

一种定位测试装置10，用于测定机械臂运动装置200的定位精度。所述定位测试装置10包括：标定支架110、第一图像获取装置120和第二图像获取装置130；

所述第一图像获取装置120水平设置于所述标定支架110，所述第二图像获取装置130垂直设置于所述标定支架110，同时使所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130的拍摄区域在同一平面；

所述第一图像获取装置120在所述标定支架110的位置可调，所述第二图像获取装置130在所述标定支架110的位置可调。

具体地，所述标定支架110的具体形式并不限制。在一个实施例中，所述标定支架110可以设置相互垂直的两个滑轨，将所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130分别安装在两个滑轨上。所述标定支架110上还可以设置有固定装置，所述固定装置用于固定所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130。在一次定位精度的测试过程中所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130固定不动。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130形成一个相互交叉的拍摄区域。在所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。设置所述机械臂运动装置200的待测终端或所述标定物体230运动到所述预设位置，然后所述拍照标识或所述标定物体230的获取图像信息。

在一个实施例中所述机械臂运动装置200选用SCARA(平面关节型)机器人。SCARA机器人是一种应用于装配作业的机器人手臂。采用本实施例中的定位测试方法测量所述SCARA机器人抓取所述标定物体230的重复定位精度和相对定位精度以及所述旋转轴220的重复定位精度和相对定位精度。

在采用所述定位测试方法测量所述SCARA机器人的定位精度时，提供所述标定支架110。所述第一图像获取装置120水平设置于所述标定支架110。所述第二图像获取装置130垂直设置于所述标定支架110。同时使所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130的拍摄区域在同一平面。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130形成一个相互交叉的拍摄区域。在所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。将待测物体运动至所述预设位置时，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130进行拍照，得到多次运动或重复运动后的图像信息。

在一个实施例中，所述定位测试方法具体包括：

S100a，在所述待测机器人平台上安装好两部图像获取装置。具体地，在所述待测机器人平台上安装标定支架110。所述标定支架110包括两个相互垂直的滑轨。在两个相互垂直的滑轨处分别安装所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130。所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130形成一个相互交叉的拍摄区域，所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。

S200a，在机器人待测终端或所述标定物体230做好拍照标识。所述拍照标识可以是具有规则的形状的图形。所述拍照标识设置在机器人待测终端或所述标定物体230。

S300a，所述机械臂运动装置200通过所述旋转轴220带动所述标定物体230进行多次运动。具体地，在运动过程中可以设定所述机械臂运动装置200或机器人的往复运动点位。第一运动点位是拍照位置的点位，第二运动点位是安全运动的点位。所述第一运动点位为所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130在所述拍摄区域内形成拍摄的预设位置。

S400a，每次当所述机械臂运动装置200运动到所述预设位置时，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130获取所述拍照标识以及所述标定物体230的图像信息。具体地，在所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130进行拍摄前，调节所述两个图像获取装置的视野、焦距和曝光率等参数值。开始运行机器人，拍照进行测试

S500a，对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度。

具体地，所述图像信息为所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130拍摄到的所述标定物体230的图像信息。所述图像信息也可以是所述标定物体230的图像信息。整合多次拍照的所述图像信息，得出误差精度分布。计算出重复定位或者相对定位测试的精度。

在本实施例中主要采用在SCARA机器人待测的定点位置互相垂直的方向上安装两个图像获取装置。机器人末端机构上设置标识，使标识在图像获取装置视野范围内清晰可见，在机器人末端机构每一次到达定点位置时两部图像获取装置同时进行拍照，上传图片，通过计算分析每一次上传的图片中的信息，即可获取到机器人待测终端每一次运动到定点的实际位置数据，从而计算出机器人的重复定位精度。

本发明中所述的定位测试方法，采用视觉系统对所述SCARA机器人(所述机械臂运动装置200)进行重复定位精度的测试或相对定位精度的测试。所述视觉系统即所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130在所述标定支架110的配合下，构成相互交叉的拍摄区域的系统。所述视觉系统及本发明中所述定位测试装置10。所述定位测试方法具有以下有益效果：

第一、本发明的定位测试方法采用视觉系统测量定位精度时对被测物体(机器人)的平面平整度没有要求。因为每一次拍摄都是针对目标区域平面的整体取样。因此被测物体表面的一切特征都属于多次拍摄图片里重合的部分，不是分析误差的有效特征，因此不影响分析结果的真实可靠性。

实际待测物体的表面可能是凹凸不平的，如图5所示。图5a为实际的金属表面，图5b为所述金属表面的微观结构。当采用传统的激光测距法测量定位精度时，由于每一次机器人的位置是不一样的，因此激光所测量点的高度会不一样，具体如图6所示。图6a为采用传统的激光测距法测量定位精度时采集到的信息。采用传统的激光测距法测量定位精度时，由于激光测量点的高度不一，凹凸不平的表面就会有不同的会引入固有误差。图6b为本发明的定位测试方法采集的所述图像信息。本发明中，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130的采样目标是一个采样面。可以理解所述采样目标可以是一个平面或曲面。所述采样面试平面或者曲面时，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130都能够获取其图像信息。在采样平面中，算法只针对区域内有效标识的位置变化来计算偏差，区域内其他特征信息都属于无效特征信息。因此本发明采用的视觉系统做机器人重复定位精度测试，测物体的平整度不会对测试结果造成误差。

第二、本发明的定位测试方法测量精度高。理论上采用视觉系统测量精度可以达到无限小。实际应用过程中，在视野范围内图像获取装置像素越高，可以达到的测量精度越高。同理，在图像获取装置像素选定的情况下，图像获取装置视野范围选择的越小，测量精度也会越高。在一个实施例中，所述第一图像获取装置120和所述第二图像获取装置130采用500万像素图像获取装置，分辨率为2560*1920，视野范围为3cm²，精度可以达到1*10^-5m。若实际需要达到更高的精度要求，可以在视野范围不变的情况下增大图像获取装置像素；或者同样像素图像获取装置的前提下缩小视野范围；也可以进一步提高测量精度。请参阅图7-图8，图7中采用500万像素的图像获取装置演示了：视野范围越小，分辨率越高，图像也越清晰。

图8中从左到右图像获取装置选定的视野范围分别为10*10cm²、5*5cm²、3*3cm²、1*1cm²。图8中从左到右图像获取装置拍摄图像的分辨率分别为39*52μm/像素、19*26μm/像素、11*15μm/像素、3.9*5.2μm/像素。

第三、本发明的定位测试方法采用视觉系统可以测量旋转轴的角度偏移量，这是传统测量方法无法实现的。原理同平面的误差测量一样，在旋转轴截面处做拍照标识。取旋转轴截面作为取样平面，根据多次拍摄到图片中的拍照标识角度来计算旋转轴的位置偏差，从而得出旋转轴的重复定位精度。在一个实施例中，所述旋转轴测试图片如图9所示。

第四、本发明的定位测试方法采用的设备成本低。采用视觉系统采集测试重复定位精度一套设备的成本是激光测试设备的五十分之一。

第五、本发明的定位测试方法采用的设备体积小，易于安装。传统的激光测距仪体积较大，使用时需要较大的空间。视觉系统体积很小，可以安装到任意待测机械平台上面进行测试。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种定位测试方法，用于测定机械臂运动装置的定位精度，所述机械臂运动装置包括，机械臂、与机械臂转动连接的旋转轴和设置于所述机械臂运动装置的标定物体，其特征在于，所述定位测试方法包括以下步骤：

提供第一图像获取装置和第二图像获取装置，所述第一图像获取装置具有第一拍照方向，所述第二图像获取装置具有第二拍照方向，所述第一拍照方向和所述第二拍照方向相互交叉形成一个拍摄区域，所述拍摄区域内设置有预设位置；

在所述标定物体上设置拍照标识；

所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体进行多次经过所述预设位置的运动；

每次当所述标定物体运动到所述预设位置时，所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置获取所述拍照标识以及所述标定物体的图像信息；

对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度。

2.如权利要求1所述的定位测试方法，其特征在于，所述拍照标识设置在所述标定物体的一个平面处，所述拍照标识在所述第一拍照方向上。

3.如权利要求1所述的定位测试方法，其特征在于，所述拍照标识设置在所述旋转轴的截面处，所述拍照标识在所述第二拍照方向上。

4.如权利要求2或3所述的定位测试方法，其特征在于，所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体进行多次经过所述预设位置的运动，包括：

所述经过所述预设位置的运动，包括：设定运动起点和运动终点；

所述运动起点为所述机械臂在安全运动范围内的一个定点，所述运动终点为所述拍摄区域内设置的预设位置。

5.如权利要求4所述的定位测试方法，其特征在于，所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体在所述运动起点和所述运动终点之间进行多次重复运动。

6.如权利要求2或3所述的定位测试方法，其特征在于，所述机械臂运动装置通过所述机械臂和所述旋转轴带动所述标定物体进行多次经过所述预设位置的运动，包括：

设定所述机械臂运动装置的运动距离，所述运动距离的终点为所述预设位置。

7.如权利要求6所述的定位测试方法，其特征在于，所述机械臂运动装置通过所述旋转轴带动所述标定物体多次重复运动相同的运动距离，并使所述运动距离的终点在所述预设位置。

8.如权利要求1所述的定位测试方法，其特征在于，所述对所述图像信息进行处理，得出所述定位测试方法的定位精度，包括：

根据所述图像信息获取所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差；

根据所述拍照标识在X轴、Y轴、Z轴和A轴的坐标偏差，分别得出所述机械臂运动装置的定位误差的均方差分布图；

根据所述均方差分布图得出系统整体误差和容错率为0时的精度值，所述系统整体误差和所述容错率为0时的精度值用于表征所述定位测试方法的定位精度。

9.一种定位测试装置，用于测定机械臂运动装置的定位精度，其特征在于，所述定位测试装置包括：标定支架、第一图像获取装置和第二图像获取装置；

所述第一图像获取装置具有第一拍照方向，所述第二图像获取装置具有第二拍照方向，所述第一拍照方向和所述第二拍照方向相互交叉形成一个拍摄区域，所述拍摄区域内设置有预设位置；

所述第一图像获取装置设置于所述标定支架，并且所述第一图像获取装置在所述标定支架的位置可调；

所述第二图像获取装置设置于所述标定支架，并且所述第二图像获取装置在所述标定支架的位置可调。

10.如权利要求9所述的定位测试装置，其特征在于，所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置为相机、摄像头、CCD或CMOS。