CN109591051A - 复合机器人作业精度补偿方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合机器人作业精度补偿方法、系统及存储介质，其中，方法包括试运行与正式运行两个阶段：在试运行阶段，包括：建立一数据库，所述数据库中存储有所述复合机器人执行的特定动作与补偿值的对应关系表；在正式运行阶段，包括：当复合机器人需要执行特定动作时，从数据库中获取与特定动作对应的补偿值；控制复合机器人根据补偿值进行直线运动。本发明能够克服复合机器人因AGV底座滑动所导致的机械臂的误差累积，保证复合机器人的作业精度。

Description

复合机器人作业精度补偿方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种复合机器人作业精度补偿方法、系统及存储介质。

背景技术

机械臂与AGV(英文全称“Automated Guided Vehicle”，又称“自动导引运输车”，以下简称AGV)搭载可以组合成复合机器人，常用于搬运、移动式上下料等场合。但是，在实现过程中，发现现有技术中至少存在以下技术问题：由于AGV的定位精度往往比机械臂定位精度低，且在机械臂工作时，机械臂对AGV的反向力会使得AGV晃动，进一步拉低了复合机器人的作业精度。

目前针对该情况采用的技术是使用速度较低的协作机械臂搭载在相对机械臂而言质量较大的AGV平台上，这样手臂产生的振动基本不会影响到AGV平台的稳定性。因此，目前已知的技术均在于被动防止机械臂工作的振动对AGV平台产生的影响，还没有能够从实质上真正解决复合机器人的作业精度问题的有力措施。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种复合机器人作业精度补偿方法、一种复合机器人作业精度补偿系统以及一种存储介质，能够克服复合机器人因AGV滑动所导致的作业误差的累积，提高复合机器人的作业精度。

本发明的第一方面提供了一种复合机器人作业精度补偿方法，该方法包括试运行与正式运行两个阶段：

在所述试运行阶段，所述补偿方法包括：

建立一数据库，所述数据库中存储有所述复合机器人执行的特定动作与补偿值的对应关系表，其中，所述特定动作为需要进行视觉补偿的动作；

在所述正式运行阶段，所述补偿方法包括：

当所述复合机器人需要执行所述特定动作时，从所述数据库中获取与所述特定动作对应的补偿值；

控制所述复合机器人根据所述补偿值进行直线运动。

较佳地，建立所述数据库的方法包括：

当所述复合机器人需要执行所述特定动作时，获取识别标签的位置信息与所述复合机器人的末端位置信息；

计算所述末端位置与所述识别标签之间的距离，并将所述距离记录为当前所述特定动作的补偿值，保存当前所述特定动作与所述补偿值的对应关系至所述数据库。

较佳地，在所述获取所述识别标签的位置信息与所述复合机器人的末端位置信息的步骤之前，还包括：

当所述复合机器人移动至具有识别标签的工位时，控制所述复合机器人执行指定的动作序列；

判断执行的指定动作是否为特定动作；

当判定需要执行所述特定动作时，则获取所述识别标签的位置信息与所述复合机器人的末端位置信息。

较佳地，所述获取所述识别标签的位置信息的步骤包括：

获取对所述识别标签进行拍摄后得到的当前图像；

通过匹配特征于所述当前图像中锁定所述识别标签所在区域；

二值化所述当前图像，得到所述识别标签的轮廓；

计算所述轮廓的中心位置。

较佳地，在通过匹配特征于所述当前图像中锁定所述识别标签所在区域的步骤中，当所述当前图像中无法匹配到所述识别标签时，发出报错信息。

较佳地，所述复合机器人包括组合为一体的底座和机械臂，通过以下步骤计算得到所述补偿值：

获取所述机械臂的各关节位置；

运行所述机械臂正向运动学算法计算机械臂中远离底座一端的机械臂末端的位置；

计算所述机械臂末端的位置距离所述识别标签的轮廓的中心位置的距离，将计算得到的距离值作为所述补偿值。

较佳地，所述补偿值至少包括位移方向与位移距离。

较佳地，在所述从所述数据库中获取与所述特定动作对应的补偿值的步骤中，包括：

检测所述特定动作在所述数据库中是否存储有对应的补偿值；若是，则在执行所述特定动作时控制所述复合机器人根据所述补偿值进行直线运动；若否，则命令所述复合机器人执行下一动作。

本发明的第二方面提供了一种复合机器人作业精度补偿系统，该系统包括：

建库模块，用于在试运行阶段，建立一数据库，所述数据库中存储有复合机器人执行的特定动作与补偿值的对应关系表，其中，所述特定动作为需要进行视觉补偿的动作；

控制模块，用于在正式运行阶段，当所述复合机器人需要执行所述特定动作时，从所述数据库中获取与所述特定动作对应的补偿值，控制所述复合机器人根据所述补偿值进行直线运动，所述控制模块与所述建库模块交互。

本发明的第三方面提供了一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现所述复合机器人作业精度补偿方法的步骤。

由上述方案可以看出，本发明的补偿方法包括试运行和正式运行两个阶段。在试运行阶段，主要利用摄像技术和识别标签技术，将识别标签设置在复合机器人需要执行特定动作的工位，利用摄像头获取识别标签的位置信息，通过计算识别标签位置与复合机器人末端位置之间的位置偏差得到对应于该特定动作的补偿值，执行完毕该工位处的全部动作序列，获取该工位全部动作与补偿值的对应关系表，建立数据库，供复合机器人在以后正式运行阶段进行视觉补偿。在正式运行阶段，主要通过检测和调取复合机器人所在工位处的特定动作和补偿值在数据库预存中的对应关系表，可以快速且准确地命令复合机器人的机械臂移动来执行补偿，消除因复合机器人的AGV滑动所导致的复合机器人的误差累积，进而保证了复合机器人的作业精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明复合机器人作业精度补偿方法的一个实施例的主流程图。

图2为本发明补偿方法的一个实施例中建立数据库的流程图。

图3为本发明补偿方法在试运行阶段的一个实施例的流程图。

图4为本发明补偿方法在正式运行阶段的一个实施例的流程图。

图5为本发明复合机器人作业精度补偿系统的一个实施例的功能模块示意图。

图6为本发明补偿系统的一个实施例中控制模块的功能模块示意图。

图7为本发明补偿系统的另一个实施例中控制模块的功能模块示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。

请参见图1，其示出了本发明的一个实施例的复合机器人作业精度补偿方法的流程图。需要说明的是，本发明的复合机器人作业精度补偿方法应用于复合机器人，复合机器人是将机械臂搭载在AGV上的复合型机器人。复合型机器人将移动机器人和通用工业机器人两项功能集成于一身。在工业领域，通用工业机器人被称为机械臂或者机械手，主要是替代人胳膊的抓取功能；而移动机器人，即AGV是替代人腿脚的行走功能。复合型机器人则是手脚并用，将两种功能组合在一起。

复合机器人常用于搬运、移动式上下料等场合。但是，由于AGV车体的定位精度往往比机械臂定位精度低，且在机械臂工作时，机械臂对AGV车体的反向力会使得车体晃动，进一步拉低了复合机器人的作业精度。

因此，本发明的目的就是提供一种复合机器人作业精度补偿方法，能够克服因机械臂反作用于AGV车体导致车体晃动而产生的复合机器人作业过程的误差累积的问题。具体来说，如图1所示，在本发明的实施例中，该复合机器人作业精度补偿方法包括试运行与正式运行两个阶段：

在试运行阶段，补偿方法包括：

建立一数据库，数据库中存储有复合机器人执行的特定动作与补偿值的对应关系表，其中，特定动作为需要进行视觉补偿的动作；

在正式运行阶段，补偿方法包括：

当复合机器人需要执行特定动作时，从该数据库中获取与该特定动作对应的补偿值；

控制该复合机器人根据该补偿值进行直线运动。

具体来说，配合图2所示，图中示出了本发明一个实施例中建立数据库的主要流程。如图所示，该建立数据库的方法包括步骤：

步骤10：当复合机器人需要执行特定动作时，获取识别标签的位置信息与复合机器人的末端位置信息；

步骤20：计算该末端位置与该识别标签之间的距离，并将该距离记录为当前该特定动作的补偿值，保存当前该特定动作与该补偿值的对应关系至数据库。

进一步地，在步骤10“获取识别标签的位置与复合机器人的末端位置信息”的步骤之前，还可包括步骤：

当该复合机器人移动至具有识别标签的工位时，控制该复合机器人执行指定的动作序列；

判断该执行的指定动作是否为特定动作；

当判定需要执行该特定动作时，则获取该识别标签的位置与复合机器人的末端位置信息，否则，判定为该动作无需视觉补偿，复合机器人直接进入下一个动作。

其中，识别标签粘贴在复合机器人需要执行特定动作的工位，即需要进行视觉补偿的工位，将该识别标签的信息与该工位的信息绑定在一起并存入数据库，这样，复合机器人在移动到该工位时，就能查询到此处贴有识别标签的信息，从而在此处进行补偿与否的判定工作以及识别标签的位置信息的获取工作。

再配合图3所示，图中示出了本发明补偿方法在试运行阶段的一个实施例的主要流程。如图所示，该补偿方法包括：

第一步：获取对识别标签进行拍摄后得到的当前图像；

具体来说，采用装载在复合机器人的机械臂末端处的摄像装置，如数码摄像头，拍摄所在工位处的识别标签，得到当前图像。

第二步：通过匹配特征于当前图像中锁定识别标签所在区域；

具体来说，获得当前位置识别标签特征，扫描当前图像，寻找与预存特征相符的图形区域，作为识别标签所在区域。若在此步骤中，无法在当前图像中匹配到特征相符的图形区域，可以发出报错信息，提示拍摄错误，可以采用重新拍摄或检查复合机器人所在位置，来进行调试。

第三步：二值化处理当前图像，得到识别标签的轮廓；

第四部：计算该轮廓的中心位置，作为识别标签的位置。

第五步：获取当前复合机器人中机械臂的各关节位置；

第六步：运行机械臂正向运动学算法计算机械臂末端的位置(机械臂中远离AGV的一端的位置)；

第七步：计算机械臂末端的位置距离识别标签的轮廓的中心位置的距离，将计算得到的距离值作为补偿值。

第八步：将计算出的补偿值存入数据库中并与当前特定动作建立对应关系，也可将当前工位一起关联于该补偿值和该特定动作。其中，该补偿值至少包括位移方向与位移距离。

具体来说，在实际应用中，为了方便起见，识别标签都是做成规则的几何图形，最常见的为长方形。假设这样一个情形：机械臂在一个工位移动至指定的示教点位，摄像头拍摄识别标签。由于机械臂各关节都有位置反馈传感器，所以机械臂可以随时计算自己末端处于什么位置，机械臂末端的位置是一个空间坐标(x1,y1,z1)，而摄像头是通过固定治具固定安装在机械臂上的，由于治具安装尺寸已知，所以知道机械臂末端的位置即可计算出摄像头的空间位置坐标(x2,y2,z2)。假设计算出来识别标签的中心位置坐标为(x3,y3)(这个坐标是以摄像头坐标系为参考坐标系算出来的)，那么识别标签的空间坐标就是(x2+x3,y2+y3,z2)。计算机械臂末端到识别标签中心的空间距离就是直接计算欧几里得距离即可：

sqrt((x2+x3-x1)^2+(y2+y3-y1)^2+(z2-z1)^2)。

当计算得到的补偿值为零或处于一设定阈值范围内时，可以计为当前动作无补偿值；当计算得到的补偿值较大且超出设定阈值范围时，将该补偿值关联于当前动作。

另外，参见图4所示，图中显示了本发明补偿方法在正式运行阶段的一个实施例的主要流程。该补偿方法包括步骤：

第一步：复合机器人移动至指定工位位置；

第二步：检测复合机器人是否到位指定工位，若是，则进入下一步，若否，则复合机器人继续移动直至到达指定工位；

在这一步中，可以通过装载在复合机器人上的位置反馈传感器检测复合机器人是否到达预设的工位位置；

第三步：从全局地图中读取当前工位编号，全局地图和工位编号均可预存在数据库中；

第四步：从数据库中查找是否存在与当前工位关联的动作序列，若是，则进入下一步，若否，则判定为当前工位机械臂无需操作，命令复合机器人直接移动至下一个工位；

第五步：从数据库中查找当前执行的动作序列是否关联有补偿值，若是，则进入下一步，若无，则判断为当前执行的动作序列无需考虑补偿，命令复合机器人直接执行该动作序列；

第六步：在执行动作序列的时候将补偿值加入一并执行。

另外，本发明实施例的复合机器人作业精度补偿方法还包括步骤：在复合机器人执行完毕上述第六步步骤中特定动作和补偿值的补充执行之后，以复合机器人当前所处位置作为待检测的工位，执行试运行阶段中的补偿值计算方法(即图3中所示的补偿值计算方法)，并再执行第六步的步骤，进行误差二次补偿，消除因为不确定因素导致的一次补偿定位不准问题。

本发明的补偿方法包括试运行和正式运行两个阶段。在试运行阶段，主要利用摄像技术和识别标签技术，将识别标签设置在复合机器人需要执行特定动作的工位，利用摄像头获取识别标签的位置信息，通过计算识别标签位置与复合机器人末端位置之间的位置偏差得到对应于该特定动作的补偿值，执行完毕该工位处的全部动作序列，获取该工位全部动作与补偿值的对应关系表，建立数据库，供复合机器人在以后正式运行阶段进行视觉补偿。在正式运行阶段，主要通过检测和调取复合机器人所在工位处的特定动作和补偿值在数据库预存中的对应关系表，可以快速且准确地命令复合机器人的机械臂移动来执行补偿，消除因复合机器人的AGV滑动所导致的复合机器人的误差累积，进而保证了复合机器人的作业精度。

再参见图5所示，图中释义了本发明一个实施例的复合机器人作业精度补偿系统的模块图，该复合机器人作业精度补偿系统主要包括一建模模块11和一控制模块12，该建模模块11与该控制模块12相互交互。其中，建模模块11用于在试运行阶段，建立一数据库，该数据库中存储有复合机器人执行的特定动作与补偿值的对应关系表，其中，特定动作为需要进行视觉补偿的动作。该控制模块12用于在正式运行阶段，当复合机器人需要执行特定动作时，从数据库中获取与该特定动作对应的补偿值，控制该复合机器人根据该补偿值进行直线运动。

具体来说，配合图6所示，图中显示了本发明补偿系统的一个实施例中控制模块的功能模块图。如图所示，该控制模块包括一第一检测单元121、一第二检测单元122和一数据处理单元123。其中，该第一检测单元121用于获取识别标签的位置信息；该第二检测单元122用于获取复合机器人的末端位置信息；该数据处理单元123用于计算该末端位置与该识别标签之间的距离，并将该距离记录为当前该特定动作的补偿值，保存当前该特定动作与该补偿值的对应关系至建库模块11的数据库中。

进一步地，配合图7所示，图中显示了本发明补偿系统的另一更佳实施例中控制模块的功能模块图。如图所示，该控制模块除包括上述一第一检测单元121、一第二检测单元122和一数据处理单元123之外，还包括一动作判断单元124和一动作执行单元125，其中，该动作判断单元124用于在第一检测单元121获取识别标签的位置信息以及第二检测单元122获取复合机器人的末端位置信息之前，判断复合机器人当前执行的该指定动作是否为特定动作；该动作执行单元125用于当该动作判断单元124判定需要执行该特定动作时，命令第一检测单元121获取识别标签的位置信息以及命令第二检测单元122获取复合机器人的末端位置信息。

具体来说，本发明补偿系统中的第一检测单元121可以采用摄像头，安装在复合机器人的机械臂上，用于对指定工位处的识别标签进行拍摄，获取识别标签的当前图像，本发明实施例中的控制模块12还可以包括一图像处理单元126，该图像处理单元126用于通过特征匹配于摄像头拍摄得到的当前图像中锁定识别标签所在区域，二值化该当前图像，得到该识别标签的轮廓，并计算该轮廓的中心位置，计算的得到的识别标签的轮廓中心位置即作为识别标签的位置。

其中，控制模块12还可以包括一报错单元127，用于当图像处理单元126无法于当前图像中匹配到识别标签时，发出报错信息。

复合机器人包括组合为一体的AGV底座和机械臂，其中第二检测单元122为位置反馈传感器，本发明实施例中的控制模块12还可以包括一位置处理单元128，该位置处理单元128用于根据位置反馈传感器获取的机械臂的各关节位置运行机械臂正向运动学算法计算机械臂中远离底座一端的机械臂末端的位置。控制模块12的数据处理单元123计算机械臂末端的位置距离识别标签的轮廓的中心位置的距离，将计算得到的距离值作为补偿值，其中，该补偿值至少包括位移方向与位移距离。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，所述复合机器人作业精度补偿方法包括试运行与正式运行两个阶段：

在所述试运行阶段，所述补偿方法包括：

建立一数据库，所述数据库中存储有所述复合机器人执行的特定动作与补偿值的对应关系表，其中，所述特定动作为需要进行视觉补偿的动作；

在所述正式运行阶段，所述补偿方法包括：

当所述复合机器人需要执行所述特定动作时，从所述数据库中获取与所述特定动作对应的补偿值；

控制所述复合机器人根据所述补偿值进行直线运动。

2.根据权利要求1所述的复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，建立所述数据库的方法包括：

当所述复合机器人需要执行所述特定动作时，获取识别标签的位置信息与所述复合机器人的末端位置信息；

计算所述末端位置与所述识别标签之间的距离，并将所述距离记录为当前所述特定动作的补偿值，保存当前所述特定动作与所述补偿值的对应关系至所述数据库。

3.根据权利要求2所述的复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，在所述获取所述识别标签的位置信息与所述复合机器人的末端位置信息的步骤之前，还包括：

当所述复合机器人移动至具有识别标签的工位时，控制所述复合机器人执行指定的动作序列；

判断执行的指定动作是否为特定动作；

当判定需要执行所述特定动作时，则获取所述识别标签的位置信息与所述复合机器人的末端位置信息。

4.根据权利要求2所述的复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，所述获取所述识别标签的位置信息的步骤包括：

获取对所述识别标签进行拍摄后得到的当前图像；

通过匹配特征于所述当前图像中锁定所述识别标签所在区域；

二值化所述当前图像，得到所述识别标签的轮廓；

计算所述轮廓的中心位置。

5.根据权利要求4所述的复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，在通过匹配特征于所述当前图像中锁定所述识别标签所在区域的步骤中，当所述当前图像中无法匹配到所述识别标签时，发出报错信息。

6.根据权利要求1所述的复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，所述复合机器人包括组合为一体的底座和机械臂，通过以下步骤计算得到所述补偿值：

获取所述机械臂的各关节位置；

运行所述机械臂正向运动学算法计算机械臂中远离底座一端的机械臂末端的位置；

计算所述机械臂末端的位置距离识别标签的轮廓的中心位置的距离，将计算得到的距离值作为所述补偿值。

7.根据权利要求6所述的复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，所述补偿值至少包括位移方向与位移距离。

8.根据权利要求1所述的复合机器人作业精度补偿方法，其特征在于，在所述从所述数据库中获取与所述特定动作对应的补偿值的步骤中，包括：

检测所述特定动作在所述数据库中是否存储有对应的补偿值；若是，则在执行所述特定动作时控制所述复合机器人根据所述补偿值进行直线运动；若否，则命令所述复合机器人执行下一动作。

9.一种复合机器人作业精度补偿系统，其特征在于，所述复合机器人作业精度补偿系统包括：

建库模块，用于在试运行阶段，建立一数据库，所述数据库中存储有复合机器人执行的特定动作与补偿值的对应关系表，其中，所述特定动作为需要进行视觉补偿的动作；

控制模块，用于在正式运行阶段，当所述复合机器人需要执行所述特定动作时，从所述数据库中获取与所述特定动作对应的补偿值，控制所述复合机器人根据所述补偿值进行直线运动，所述控制模块与所述建库模块交互。

10.一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～8任一项所述的复合机器人作业精度补偿方法的步骤。