CN110682293A - 机器臂校正方法、装置、机器臂的控制器和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种机器臂校正方法、装置、机器臂的控制器和计算机可读存储介质，该方法包括步骤：采集机器臂位于方形标定板的角落上第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点的第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标；获取第一标定点与第二标定点之间的第一标定距离和第一标定点与第四标定点之间的第二标定距离；将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。该方案通过标定板对机器臂进行校正，提高了机器臂校正的准确率。

Description

机器臂校正方法、装置、机器臂的控制器和存储介质

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器臂校正方法、机器臂校正装置、机器臂的控制器和计算机可读存储介质。

背景技术

随着机器人技术的发展，由于机械加工误差、装配误差与间隙，摩擦磨损等因素的影响，机器人的实际臂长和理论臂长存在一定的偏差；通常难以保证机器人大小臂严格成一直线，造成零点偏移。实际零点及臂长与理论值的偏差，影响机器人的绝对定位精度，因而需要对机器臂进行校正，计算出机器人实际臂长及零点。

传统技术提供的机器臂校正方法通过使用定位销的方式，肉眼对准卡槽，手动校正，然而这种校正方式存在机器臂校正误差大的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术的机器臂校正方法存在误差大的技术问题，提供一种机器臂校正方法、机器臂校正装置、机器臂的控制器和计算机可读存储介质。

一种机器臂校正方法，包括步骤：

采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，所述多个标定点设于方形标定板上；所述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；所述第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于所述方形标定板的角落上；所述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于所述多个标定点；

获取第一标定距离和第二标定距离；所述第一标定距离为所述第一标定点与第二标定点之间的距离；所述第二标定距离为所述第一标定点与第四标定点之间的距离；

将所述第一标定距离和第二标定距离，以及所述第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对所述机器臂进行校正。

一种机器臂校正装置，包括：

采集模块，用于采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，所述多个标定点设于方形标定板上；所述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；所述第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于所述方形标定板的角落上；所述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于所述多个标定点；

获取模块，用于获取第一标定距离和第二标定距离；所述第一标定距离为所述第一标定点与第二标定点之间的距离；所述第二标定距离为所述第一标定点与第四标定点之间的距离；

校正模块，用于将所述第一标定距离和第二标定距离，以及所述第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对所述机器臂进行校正。

一种机器臂的控制器，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；其中第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；上述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点；获取第一标定距离和第二标定距离；上述第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；其中第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；上述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点；获取第一标定距离和第二标定距离；上述第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。

上述机器臂校正方法、装置、机器臂的控制器和存储介质，通过采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；其中第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；上述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点；获取第一标定距离和第二标定距离；上述第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。该方案通过标定板对机器臂进行校正，提高了机器臂校正的准确率，解决了传统技术中机器臂校正方法误差大的技术问题。

附图说明

图1为一个实施例中机器臂校正方法的流程示意图；

图2为一个实施例中采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标方法的流程示意图；

图3为一个实施例中对机器臂进行校正的方法的流程示意图；

图4为一个实施例中机器臂校正方法的流程示意图；

图5为一个实施例中SCARA机器人臂长及零点校正方法的流程示意图；

图6为一个实施例中机器臂位于机器臂平面坐标系中的摆放示意图；

图7为一个实施例中四孔标定板的位置关系示意图；

图8为一个实施例中左右坐标系到达B点的坐标示意图；

图9为一个实施例中机器臂校正装置的结构框图；

图10为一个实施例中机器臂的控制器的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三\第四”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三\第四”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三\第四”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在一个实施例中，提供了一种机器臂校正方法，参考图1，图1为一个实施例中机器臂校正方法的流程示意图，该方法可以应用于机器臂的控制器，该机器臂校正方法可以包括以下步骤：

步骤S101，机器臂的控制器采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；其中第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；上述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点。

其中，方形标定板可以采用四孔标定板，四个孔可以是圆形孔，该四个圆形孔可以分别设于四孔标定板的四个角落，其中四个圆形孔对应的四个圆心按照顺时针或者逆时针的顺序分别对应于第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点，而第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标则可以分别对应于四个圆形孔的圆心坐标。

步骤S102，机器臂的控制器获取第一标定距离和第二标定距离；上述第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离。

其中，第一标定距离和第二标定距离分别是四孔标定板相邻的拐角对应的两个孔的圆心之间的距离。

步骤S103，机器臂的控制器将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。

具体地，将步骤S101和步骤S102得到的机器臂位于四孔标定版中四个孔的圆心在机器臂平面坐标系上的标定坐标，以及四孔标定版相邻的两个孔的圆心之间的距离，作为测量参数输入预先设置的机器臂校正算法模型当中，从而实现机器臂的自动校正。

上述机器臂校正方法方法，通过采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；其中第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；上述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点；获取第一标定距离和第二标定距离；上述第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正，实现了通过标定板对机器臂进行校正，提高了机器臂校正的准确率，解决了传统技术中机器臂校正方法误差大的技术问题。

在一个实施例中，提供了一种采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标方法，参考图2，图2为一个实施例中采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标方法的流程示意图，该采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标方法可以包括以下步骤：

步骤S201，获取机器臂平面坐标系与参考坐标系之间的坐标变换关系。

具体地，可以通过获取机器臂在任意不在一条直线上的三个点对应的机器臂平面坐标系上的标定坐标以及参考坐标系上的参考坐标，根据矩阵变化关系，从而求得机器臂平面坐标系以及参考坐标系之间的变换矩阵。

步骤S202，采集第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在上述参考坐标系上的第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标。

其中，第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标分别对应于第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在参考坐标系上的坐标。以四孔标定板为例，第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标可以是四孔标定板中四个圆形孔的圆心在参考坐标系上的圆心坐标。

步骤S203，根据第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标与坐标变换关系，计算第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标以及第四标定坐标。

具体地，可以根据步骤S201得到的机器臂平面坐标系以及参考坐标系之间的变换矩阵以及步骤S202得到的参考坐标系上第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点对应的第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标求得第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在机器臂平面坐标系上对应的第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标以及第四标定坐标。

进一步地，上述参考坐标系可以是相机坐标系，该相机坐标系为用于采集标定点坐标的相机的坐标系，其中，该相机可以固定在机器臂末端保持位姿不变，且与标定板平行设置。

具体地，通过移动机器臂位置，记录机器臂位于机器臂平面坐标系任意不在一条直线上的三个点的坐标，并搜索上述三个点在相机坐标系中的坐标，根据矩阵变化关系计算出机器臂平面坐标系与相机坐标系的坐标变换关系，再通过图像识别方式找出拍到的相机视野中四孔标定版的四个圆形孔在相机坐标系中的四个圆心参考坐标，再通过机器臂平面坐标系与相机坐标系的坐标变换关系以及相机视野中四孔标定版的四个圆形孔在相机坐标系中的四个圆心参考坐标计算得出机器臂在机器臂平面坐标系上的四个圆心标定坐标，通过相机视觉方式得到的四个圆心坐标，提高了测量精度，从而减少了机器臂校正误差。

在一个实施例中，提供了一种对机器臂进行校正的方法，参考图3，图3为一个实施例中对机器臂进行校正的方法的流程示意图，该对机器臂进行校正的方法可以包括以下步骤：

步骤S301，根据误差模型以及测量参数构建机器臂运动学方程组。

其中，误差模型可以基于机器人DH运动学模型得到。具体地，可以根据上述误差模型以及测量得到参数，建立机器臂运动学方程组。

步骤S302，求解机器臂运动学方程组，获取机器臂的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角。

其中，目标大臂长，小臂长指的是机器臂校正后的实际大臂长和小臂长，第二关节偏转角指的是机器臂第二关节的偏转角。具体地，可以通过求解步骤S301建立的机器臂运动学方程组，得到机器臂的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角。

步骤S303，通过误差补偿法根据目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正。

具体地，根据求解机器臂运动学方程组得到的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角作为误差补偿算法的输入参数，通过误差补偿算法，对机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正。

在一个实施例中，在通过误差补偿法根据目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正之后，还包括：通过左右手坐标系获取机器臂的左手系第一关节角和右手系第一关节角；根据左手系第一关节角和右手系第一关节角获取机器臂的第一关节偏转角；通过误差补偿法根据第一关节偏转角对机器臂的第一关节角进行校正。通过对第一关节角进行校正，避免了机器臂工作空间发生偏移，进一步提高了校正算法的准确性。

在一个实施例中，步骤S302进一步包括：判断机器臂运动学方程组是否为病态方程组。

其中，若机器臂运动学方程组不是病态方程组，则通过最小二乘法求解机器臂运动学方程组；若机器臂运动学方程组为病态方程组，则对该机器臂运动学方程组进行处理，包括直接正则化处理、截断奇异值处理以及Tikhonov正则化处理，之后再通过最小二乘法求解机器臂运动学方程组。

在一个实施例中，还提供一种机器臂校正方法，参考图4，图4为一个实施例中机器臂校正方法的流程示意图，该方法可以应用于机器臂的控制器，该机器臂校正方法可以包括以下步骤：

步骤S401，机器臂的控制器获取机器臂平面坐标系与相机坐标系之间的坐标变换关系；

步骤S402，机器臂的控制器采集第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在相机坐标系上的第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标；

步骤S403，机器臂的控制器根据第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标与坐标变换关系，计算第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标以及第四标定坐标；

步骤S404，机器臂的控制器获取第一标定距离和第二标定距离；第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；

步骤S405，机器臂的控制器将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，根据误差模型以及上述测量参数构建机器臂运动学方程组；

步骤S406，机器臂的控制器求解机器臂运动学方程组，获取机器臂的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角；

步骤S407，机器臂的控制器通过误差补偿法根据目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正；

步骤S408，机器臂的控制器通过左右手坐标系获取机器臂的左手系第一关节角和右手系第一关节角；

步骤S409，机器臂的控制器根据左手系第一关节角和右手系第一关节角获取机器臂的第一关节偏转角；

步骤S410，机器臂的控制器通过误差补偿法根据第一关节偏转角对机器臂的第一关节角进行校正。

下面将本申请实施例提供的机器臂校正方法应用于对SCARA机器人的臂长及零点进行校正来对该校正方法进行具体说明，如图5所示，图5为一个实施例中SCARA机器人臂长及零点校正方法的流程示意图。为方便说明，将上述机器臂校正方法分为两部分，包括数据采集阶段以及算法校正阶段。

在此应用示例中，数据采集阶段包括如下步骤：

(1)计算机器臂平面坐标系与相机坐标系之间的坐标变换矩阵。

在机器人当前坐标Q(x,y)位置X轴移动一个相对位置dx，在相机中搜索偏移的角点P(u,v)坐标值，记录机器人坐标Q(x1,y1)和角点图像坐标P(u1,v1)；同样的方法，在Q(x0,y0)位置Y轴移动一个相对位置dy，在相机中搜索偏移的角点P(u0,v0)坐标值，记录机器人坐标Q(x2,y2)和角点图像坐标P(u2,v2)。计算P和Q之间的转换关系矩阵A0，便得P*A0＝Q，即

(2)计算标定板四个圆孔点图像坐标对应的机器臂平面坐标。

在相机中搜索标定板四个圆孔点图像坐标P0(u₀,v₀)、P1(u₁,v₁)、P2(u₂,v₂)、P3(u₃,v₃)和算出的转换关系矩阵A0可以分别得到机器人移动的位置Q₀(x₀,y₀)、Q₁(x₁,y₁)、Q₂(x₂,y₂)、Q₃(x₃,y₃)，有：

在此应用示例中，机器人臂长和零点校正算法包括如下步骤：

(1)把大臂小臂校正到一条直线上。

定义机器臂平面坐标系XOY，标定版坐标系为X′OY′，两个坐标系平面平行。O,P为旋转关节，Q为机器臂末端，如图6所示，图6为一个实施例中机器臂位于机器臂平面坐标系中的摆放示意图，其中大臂长L₁，小臂长L₂，关节1角度θ₁，关节2角度θ₂，关节2偏移值Δθ₂，可得到机器臂的运动学正解：

另一方面，机器臂平面坐标系与固定标定板坐标系之间的关系为：

其中(x′,y′)为参考点在标定板坐标系中的坐标，α表示标定板坐标系相对于机械手坐标系逆时针转过的角度，(t_x,t_y)是机械手坐标系零点指向标定板坐标系零点的平面平移向量。

再根据四孔标定板的位置关系，图7为一个实施例中四孔标定板的位置关系示意图，其中P0,P1,P2,P3分别表示四孔标定板中4个圆形孔的圆心位置，标定板圆形孔圆心距离分别为L_x和L_y，若以标定板Q₀所在位置为坐标圆点，则在标定板坐标系X′OY′中P0,P1,P2,P3四点所对应的坐标为：

P0＝[0 0]^T,P1＝[L_x 0]^T,P2＝[0 L_y]^T,P3＝[L_x L_y]^T

则标定板坐标转换到机器臂平面坐标为：

Q₀＝[t_x t_y]^T

Q₁＝[cosαL_x+t_x sinαL_x+t_y]^T

Q₂＝[-sinαL_y+t_x cosαL_y+t_y]^T

Q₃＝[cosαL_x-sinαL_y+t_x sinαL_x+cosαL_y+t_y]^T

根据点与点之间的距离公式可知：

L_y(Q₁(x)-Q₀(x))-L_x(Q₂(y)-Q₀(y))＝0

L_y(Q₁(y)-Q₀(y))+L_x(Q₂(x)-Q₀(x))＝0

(Q₁(x)-Q₀(x))+(Q₂(x)-Q₀(x))-(Q₃(x)-Q₀(x))＝0

(Q₁(y)-Q₀(y))+(Q₂(y)-Q₀(y))-(Q₃(y)-Q₀(y))＝0

将圆形孔圆心坐标以及标定板坐标转换到机器臂平面坐标的转换关系代入点与点之间的距离公式，可得到如下机器臂运动学方程组：

L_y([L₂cos(θ¹ ₁+θ² ₁+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₁)]-[L₂cos(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₀)])-L_x([L₂sin(θ¹ ₂+θ² ₂+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₂)]-[L₂sin(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₀)])＝0

L_y([L₂sin(θ¹ ₁+θ² ₁+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₁)]-[L₂sin(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₀)])+L_x([L₂cos(θ¹ ₂+θ² ₂+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₂)]-[L₂cos(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₀)])＝0

([L₂cos(θ¹ ₁+θ² ₁+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₁)]-[L₂cos(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₀)])+([L₂cos(θ¹ ₂+θ² ₂+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₂)]-[L₂cos(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₀)])-([L₂cos(θ¹ ₃+θ² ₃+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₃)]-[L₂cos(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁cos(θ¹ ₀)])＝0

([L₂sin(θ¹ ₁+θ² ₁+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₁)]-[L₂sin(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₀)])+([L₂sin(θ¹ ₂+θ² ₂+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₂)]-[L₂sin(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₀)])-([L₂sin(θ¹ ₃+θ² ₃+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₃)]-[L₂sin(θ¹ ₀+θ² ₀+Δθ₂)+L₁sin(θ¹ ₀)])＝0

根据三角恒等式：

以及变量替换：

再令

化简上述方程组，可得到

将如下矩阵记为矩阵A

判断矩阵A是否为病态超定方程，判断为条件数大小：

κ＝||A||*||A^-1||

若经过数据判断，条件数比较大，那么此方程组是病态的。如果病态超定方程需要做处理，处理方式为：直接正则化、截断奇异值法、Tikhonov等，处理完后效果不明显。小的误差扰动会引起结果大的偏差，为了排除扰动对结果稳定性影响，考虑更换方程组。

令L₁作为单位1，那么L₂的值就是τ，此时未知变量转换为：

将未知变量代入机器臂运动学方程组并化简求解

可得η₂,η₃即(τcosΔθ₂,τsinΔθ₂)。

根据未知变量关系可得到零点偏移值：

以及大臂和小臂长度比例为：

根据Q_i和Q₀的距离公式可知：

从而计算得出因此大臂和小臂的长度分别为：

最后通过误差补偿法对大臂长，小臂长以及第二关节角进行校正。

(2)校正第一关节角。

完成臂长和Δθ₂的校正之后，考虑校正Δθ₁。通过定义一个机器臂平面坐标系X轴上任意一点B，然后左右坐标系到达B点，需要注意的是：左右坐标系有正负之分。如图8所示，图8为一个实施例中左右坐标系到达B点的坐标示意图，由图8可知：

最后通过误差补偿法对第一关街叫进行校正。

在一个实施例中，提供了一种机器臂校正装置，参考图9，图9为一个实施例中机器臂校正装置的结构框图，该机器臂校正装置可以包括：

采集模块901，用于采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点；

获取模块902，用于获取第一标定距离和第二标定距离；第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；

校正模块903，用于将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。

在一个实施例中，采集模块901进一步用于获取机器臂平面坐标系与参考坐标系之间的坐标变换关系；采集第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在参考坐标系上的第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标；根据第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标与坐标变换关系，计算第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标以及第四标定坐标。

在一个实施例中，上述参考坐标系为相机坐标系，该相机坐标系为用于采集标定点坐标的相机的坐标系，相机设于机器臂末端保持姿态不变，与方形标定板平行设置。

在一个实施例中，校正模块903，进一步用于根据误差模型以及测量参数构建机器臂运动学方程组；求解机器臂运动学方程组，获取机器臂的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角；通过误差补偿法根据目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正。

在一个实施例中，校正模块903，还用于通过左右手坐标系获取机器臂的左手系第一关节角和右手系第一关节角；根据左手系第一关节角和右手系第一关节角获取机器臂的第一关节偏转角；通过误差补偿法根据第一关节偏转角对机器臂的第一关节角进行校正。

在一个实施例中，校正模块903，还进一步用于判断机器臂运动学方程组是否为病态方程组；若机器臂运动学方程组不是病态方程组，则通过最小二乘法求解机器臂运动学方程组；若机器臂运动学方程组为病态方程组，则对机器臂运动学方程组进行处理，包括直接正则化处理、截断奇异值处理以及Tikhonov正则化处理。

本申请的机器臂校正装置与本申请的机器臂校正方法一一对应，关于机器臂校正装置的具体限定可以参见上文中对于机器臂校正方法的限定，在上述机器臂校正方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于机器臂校正装置的实施例中，在此不再赘述。上述机器臂校正装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于机器臂的控制器中的处理器中，也可以以软件形式存储于机器臂的控制器中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种机器臂的控制器，其内部结构图可以如图10所示，图10为一个实施例中机器臂的控制器的内部结构图。该机器臂的控制器包括通过系统总线连接的处理器、存储器和设备接口。其中，该机器臂的控制器的处理器用于提供计算和控制能力。该机器臂的控制器的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该机器臂的控制器的设备接口可以用于与外部的设备通信连接。该计算机程序被处理器执行时以实现一种机器臂校正方法。

本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的机器臂的控制器的限定，具体的机器臂的控制器可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种机器臂的控制器，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点；获取第一标定距离和第二标定距离；第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时进一步实现以下步骤：获取机器臂平面坐标系与参考坐标系之间的坐标变换关系；采集第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在参考坐标系上的第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标；根据第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标与坐标变换关系，计算第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标以及第四标定坐标。

在一个实施例中，上述参考坐标系为相机坐标系，该相机坐标系为用于采集标定点坐标的相机的坐标系，相机设于机器臂末端保持姿态不变，与方形标定板平行设置。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时进一步实现以下步骤：根据误差模型以及测量参数构建机器臂运动学方程组；求解机器臂运动学方程组，获取机器臂的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角；通过误差补偿法根据目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过左右手坐标系获取机器臂的左手系第一关节角和右手系第一关节角；根据左手系第一关节角和右手系第一关节角获取机器臂的第一关节偏转角；通过误差补偿法根据第一关节偏转角对机器臂的第一关节角进行校正。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还进一步实现以下步骤：判断机器臂运动学方程组是否为病态方程组；若机器臂运动学方程组不是病态方程组，则通过最小二乘法求解机器臂运动学方程组；若机器臂运动学方程组为病态方程组，则对机器臂运动学方程组进行处理，包括直接正则化处理、截断奇异值处理以及Tikhonov正则化处理。

上述机器臂的控制器，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了通过标定板对机器臂进行校正，提高了机器臂校正的准确率，解决了传统技术中机器臂校正方法误差大的技术问题。

本领域普通技术人员可以理解实现如上任一项实施例所述的机器臂校正方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

据此，在一个实施例中提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，多个标定点设于方形标定板上；上述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于方形标定板的角落上；多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于多个标定点；获取第一标定距离和第二标定距离；第一标定距离为第一标定点与第二标定点之间的距离；第二标定距离为第一标定点与第四标定点之间的距离；将第一标定距离和第二标定距离，以及第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对机器臂进行校正。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时进一步实现以下步骤：获取机器臂平面坐标系与参考坐标系之间的坐标变换关系；采集第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在参考坐标系上的第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标；根据第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标与坐标变换关系，计算第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标以及第四标定坐标。

在一个实施例中，上述参考坐标系为相机坐标系，该相机坐标系为用于采集标定点坐标的相机的坐标系，相机设于机器臂末端保持姿态不变，与方形标定板平行设置。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时进一步实现以下步骤：根据误差模型以及测量参数构建机器臂运动学方程组；求解机器臂运动学方程组，获取机器臂的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角；通过误差补偿法根据目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过左右手坐标系获取机器臂的左手系第一关节角和右手系第一关节角；根据左手系第一关节角和右手系第一关节角获取机器臂的第一关节偏转角；通过误差补偿法根据第一关节偏转角对机器臂的第一关节角进行校正。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还进一步实现以下步骤：判断机器臂运动学方程组是否为病态方程组；若机器臂运动学方程组不是病态方程组，则通过最小二乘法求解机器臂运动学方程组；若机器臂运动学方程组为病态方程组，则对机器臂运动学方程组进行处理，包括直接正则化处理、截断奇异值处理以及Tikhonov正则化处理。

上述计算机可读存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了通过标定板对机器臂进行校正，提高了机器臂校正的准确率，解决了传统技术中机器臂校正方法误差大的技术问题。

以上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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器臂校正方法，其特征在于，包括步骤：

采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，所述多个标定点设于方形标定板上；所述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；所述第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于所述方形标定板的角落上；所述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于所述多个标定点；

获取第一标定距离和第二标定距离；所述第一标定距离为所述第一标定点与第二标定点之间的距离；所述第二标定距离为所述第一标定点与第四标定点之间的距离；

将所述第一标定距离和第二标定距离，以及所述第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对所述机器臂进行校正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标，包括：

获取所述机器臂平面坐标系与参考坐标系之间的坐标变换关系；

采集所述第一标定点、第二标定点、第三标定点以及第四标定点在所述参考坐标系上的第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标；

根据所述第一参考坐标、第二参考坐标、第三参考坐标以及第四参考坐标与所述坐标变换关系，计算所述第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标以及第四标定坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考坐标系为相机坐标系；所述相机坐标系为用于采集标定点坐标的相机的坐标系；所述相机设于所述机器臂末端保持姿态不变，与所述方形标定板平行设置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述机器臂进行校正，包括：

根据误差模型以及所述测量参数构建机器臂运动学方程组；

求解所述机器臂运动学方程组，获取所述机器臂的目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角；

通过误差补偿法根据所述目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对所述机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述通过误差补偿法根据所述目标大臂长、小臂长以及第二关节偏转角对所述机器臂的当前大臂长、小臂长以及第二关节角进行校正之后，还包括：

通过左右手坐标系获取所述机器臂的左手系第一关节角和右手系第一关节角；

根据所述左手系第一关节角和右手系第一关节角获取所述机器臂的第一关节偏转角；

通过所述误差补偿法根据所述第一关节偏转角对所述机器臂的第一关节角进行校正。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述求解所述机器臂运动学方程组，包括：

判断所述机器臂运动学方程组是否为病态方程组；

若否，则通过最小二乘法求解所述机器臂运动学方程组。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

若所述机器臂运动学方程组为所述病态方程组，则对所述机器臂运动学方程组进行处理，包括直接正则化处理、截断奇异值处理以及Tikhonov正则化处理。

8.一种机器臂校正装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集机器臂位于多个标定点上的多个标定坐标；其中，所述多个标定点设于方形标定板上；所述多个标定点包括第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点；所述第一标定点、第二标定点、第三标定点和第四标定点依序设于所述方形标定板的角落上；所述多个标定坐标为机器臂平面坐标系上的坐标，包括第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标，分别对应于所述多个标定点；

获取模块，用于获取第一标定距离和第二标定距离；所述第一标定距离为所述第一标定点与第二标定点之间的距离；所述第二标定距离为所述第一标定点与第四标定点之间的距离；

校正模块，用于将所述第一标定距离和第二标定距离，以及所述第一标定坐标、第二标定坐标、第三标定坐标和第四标定坐标作为测量参数，对所述机器臂进行校正。

9.一种机器臂的控制器，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

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