CN111136661A - 机器人位置标定方法、装置、系统及机器人系统 - Google Patents

机器人位置标定方法、装置、系统及机器人系统 Download PDF

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CN111136661A CN202010102462.XA CN202010102462A CN111136661A CN 111136661 A CN111136661 A CN 111136661A CN 202010102462 A CN202010102462 A CN 202010102462A CN 111136661 A CN111136661 A CN 111136661A
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万文洁
郭东生
张雷
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Zhuhai Gree Intelligent Equipment Co Ltd
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Zhuhai Gree Intelligent Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种机器人位置标定方法、装置、系统及机器人系统，通过在激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链，通过在激光装置中选取特征点并结合虚拟约束运动链进行分析，即可以得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息，从而可以根据实际光斑位置与对应的理想光斑位置对机器人的位姿及零位偏差进行自标定。通过上述方案，不需要机器人末端或者激光器需要从至少七个方位将光斑投影到PSD位置传感器的中心，只需要对特征点的运动进行观察分析，即可以实现机器人位置标定操作，与传统的工业机器人位置标定方法相比具有标定便利性强的优点。

Description

机器人位置标定方法、装置、系统及机器人系统
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，特别是涉及一种机器人位置标定方法、装置、系统及机器人系统。
背景技术
随着自动化技术的发展与成熟，各种工业机器人被广泛应用，给人们的日常生产生活带来了极大的便利。工业机器人的定位精度是评价工业机器人质量的主要指标，因此，对机器人进行位置标定保证机器人的定位精度显得尤为重要。
传统的工业机器人中采用零位偏差进行位置标定，零位偏差标定虽然只需要一个PSD位置传感器，但是该方案工业机器人末端或者激光器需要从至少七个方位将光斑投影到PSD位置传感器的中心，才能有效地实现位置标定操作。因此，传统的工业机器人具有位置标定便利性差的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对传统的工业机器人位置标定便利性差的问题，提供一种机器人位置标定方法、装置、系统及机器人系统。
一种机器人位置标定方法，包括：获取激光装置的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息；根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及所述特征点位置信息进行分析，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息；根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对所述机器人的关节角度进行调节，直到所述实际光斑位置信息与所述理想光斑位置信息一致。
在一个实施例中，所述根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及所述特征点位置信息进行分析，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息的步骤，包括：根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链得到所述特征点相对所述PSD平面坐标系的移动速度；根据所述移动速度和所述特征点位置信息进行雅克比矩阵堆叠，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息。
在一个实施例中，所述移动速度包括平移速度和角速度。
在一个实施例中，所述根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对所述机器人的关节角度进行调节的步骤，包括：根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息进行比较，得到位置误差；根据所述位置误差进行分析得到所述机器人的关节角度信息；根据所述关节角度信对所述机器人的关节角度进行调节。
在一个实施例中，所述根据所述位置误差进行分析得到所述机器人的关节角度信息的步骤，包括：根据所述位置误差和自适应算法对控制律中相关变量进行估计，得到力矩信息；根据所述力矩信息和预设动力学模型进行分析，得到所述机器人的关节角度信息。
在一个实施例中，所述特征点的数量为三个或三个以上。
一种机器人位置标定装置，包括：特征点获取模块，用于获取激光装置的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息；实际光斑获取模块，用于根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及所述特征点位置信息进行分析，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息；关节角度调节模块，根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对所述机器人的关节角度进行调节，直到所述实际光斑位置信息与所述理想光斑位置信息一致。
一种机器人位置标定系统，包括：激光装置、PSD位置传感器和处理装置，所述激光装置设置于机器人的末端操作器，所述激光装置发射的激光照射至所述PSD位置传感器的表面，所述PSD位置传感器连接所述处理装置，所述处理装置连接所述机器人的六轴机械手臂，所述处理装置用于根据上述的方法进行机器人位置标定。
在一个实施例中，所述激光装置包括激光器和激光器适配器，所述激光器设置于所述激光器适配器，所述激光器适配器设置于所述机器人的末端操作器。
在一个实施例中，所述特征点为所述激光器的中心。
在一个实施例中，所述处理装置包括单信号处理电路板、PC机控制器和机器人控制器，所述单信号处理电路板连接所述PSD位置传感器，所述单信号处理电路板的模数转换接口连接所述PC机控制器，所述PC机控制器连接所述机器人控制器，所述机器人控制器连接所述机器人的六轴机械手臂。
一种机器人系统，包括机器人和上述的机器人位置标系统。
上述机器人位置标定方法、装置、系统及机器人系统，通过在激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链，通过在激光装置中选取特征点并结合虚拟约束运动链进行分析，即可以得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息，从而可以根据实际光斑位置与对应的理想光斑位置对机器人的位姿及零位偏差进行自标定。通过上述方案，不需要机器人末端或者激光器需要从至少七个方位将光斑投影到PSD位置传感器的中心，只需要对特征点的运动进行观察分析，即可以实现机器人位置标定操作，与传统的工业机器人位置标定方法相比具有标定便利性强的优点。
附图说明
图1为一实施例中机器人位置标定方法流程示意图；
图2为另一实施例中机器人位置标定方法流程示意图；
图3为一实施例中关节角度调节流程示意图；
图4为一实施例中关节角度信息分析流程示意图；
图5为一实施例中控制系统结构示意图；
图6为一实施例中机器人位置标定装置结构示意图；
图7为一实施例中机器人位置标定系统结构示意图；
图8为另一实施例中机器人位置标定系统结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
请参阅图1，一种机器人位置标定方法，包括步骤S100、步骤S200和步骤S300。
步骤S100，获取激光装置的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息。
具体的，激光装置即为能够发射激光的装置，激光装置发射的激光照射至PSD位置传感器之后能够在PSD位置传感器的表面形成光斑。激光装置包括激光器和激光器适配器，激光器设置于激光器适配器，激光器适配器设置于机器人的末端操作器。在进行机器人位置标定系统的搭建时，首先将激光器及适配器固定在工业机器人的末端操作器上，调整激光光束方向与末端坐标系的X轴方向相同(即垂直于PSD位置传感器的方向)，负载激光器确保激光可以照射到PSD表面，只要激光器和适配器位置固定，末端操作器坐标系中激光光束也随之确定：
Figure BDA0002387325740000051
其中，Xe、Ye、Ze表示激光器与适配器在末端操作器坐标系中的位置，Xoe、Yoe、Zoe为末端操器在末端操作器坐标系的初始位置，Me、ne、Pe为激光器与适配器分别在X轴、Y轴、Z轴上的位移。
应当指出的是，特征点的数量并不是唯一的，在一个实施例中，可以设置三个或三个以上的特征点，从而能够保证观察到激光器的全部运动。进一步地，在一个实施例中，各个特征点选取激光装置中激光器的中心，对应的特征点的数量取决于激光器的数量，在一个较为详细的实施例中，可以设置三个或四个激光器进行机器人位置标定操作，在能够有效的保证观察到激光装置全部运动的同时，还具有节约成本的优点。
步骤S200，根据激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及特征点位置信息进行分析，得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息。
具体的，PSD(Position Sensitive Detector)位置传感器是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器。它是一种非分割型器件，可将光敏面上的光点位置转化为电信号。PSD由p衬底、pin光电二极管及表面电阻组成，具有位置分辨率高，响应速度快和处理电路简单等优点。本实施例中在PSD位置传感器处建立有PSD平面坐标系，当激光装置与PSD位置传感器相对设置完成之后，激光装置与PSD位置传感器之间的虚拟约束运动链也就随之建立。此时，假设固定在机器人末端操作器的激光装置相对于PSD平面坐标系进行移动，对应的激光装置中的特征点相对PSD平面坐标系也会发生移动。根据机器人末端操作器的移动情况进行进一步的分析，即可以得到机器人末端操作器相对于PSD平面坐标系的运动位置，而激光装置固定设置于机器人末端操作器，对应的此时特征点相对PSD平面坐标系的位置也就随之确定。进一步的，由于在安装激光装置时，激光装置发射的激光束延末端坐标系的X轴方向(即垂直于PSD位置传感器的方向)照射至PSD位置传感器的表面，则对应的激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息也就随之确定。
步骤S300，根据实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对机器人的关节角度进行调节，直到实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致。
具体地，当根据上述方案进行分析得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息之后，将会根据实际光斑位置信息与理想光斑位置信息之间的关系进行机器人关节角度的调节，使得机器人末端操作器进行一定位置的移动。应当指出的是，在机器人末端操作器的移动过程中实时进行实际光斑位置信息的检测获取操作，并与理想光斑位置信息进行比较，直至实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致。可以理解，实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致可以是实际光斑位置信息与理想光斑位置信息完全相同，也可以是在误差允许的范围内，近似认为实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致，具体可以根据机器人的实际使用场景或者用户需求进行选择。
应当指出的是，在一个实施例中，理想光斑位置为PSD位置传感器的中心位置，当机器人位置标定系统中激光装置和PSD位置传感器均设置完成，基于PSD位置传感器建立PSD平面坐标系之后，PSD位置传感器的中心位置(即理想光斑位置信息)也就随之确定。例如，在一个实施例中，可以直接将PSD位置传感器的中心位置作为PSD平面坐标系的坐标原点。
请参阅图2，在一个实施例中，步骤S200包括步骤S210和步骤S220。
步骤S210，根据激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链得到特征点相对PSD平面坐标系的移动速度。
具体地，假设激光装置(固定在机器人末端操作器)相对于PSD平面坐标系进行移动，在激光装置随着机器人末操作器进行移动，使得发射的激光光束到达理想光斑位置的过程中，根据相应的设置参数即可以得到特征点相对PSD平面坐标系的移动速度。
应当指出的是，在一个实施例中，特征点相对PSD平面坐标系的移动速度包括平移速度和角速度。首先，根据平移速度和角速度可以得到激光装置相对于PSD平面坐标系的平移速度矢量为
Figure BDA0002387325740000071
其中Tx,Ty,Tz分别表示特征点相对PSD平面坐标系中X轴、Y轴和Z轴的平移速度，ωx,ωy,ωz分别表示特征点相对PSD平面坐标系中X轴、Y轴和Z轴的角速度，根据计算得到的激光装置相对于PSD平面坐标系的平移速度矢量为
Figure BDA0002387325740000072
进行进一步的分析即可以得到激光装置相对于PSD平面坐标系的平移速度pXL的大小。激光装置上的特征点相对于PSD设备坐标系的速度：
Figure BDA0002387325740000073
其中，
Figure BDA0002387325740000074
表示特征点相对于PSD设备坐标系的速度，pΩL表示激光装置相对于PSD平面坐标系的角速度，pXL表示激光装置相对于PSD平面坐标系的平移速度，而pX则表示激光装置上的特征点的平移速度。
步骤S220，根据移动速度和特征点位置信息进行雅克比矩阵堆叠，得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息。
应当指出的是，在一个实施例中，为了确保能观察到激光装置全部运动，需要选取三个或三个以上的特征点进行实际光斑位置信息的分析操作。在一个实施例中，选取三个以一定角度排列的激光器(设置于激光装置中)，分别取激光器的中心作为特征点，通过将照射到PSD平面坐标系上的激光束的雅克比矩阵简单堆叠，可得出机器人末端操作器的运动位置，即：
Figure BDA0002387325740000081
其中，X1、Y1表示第一个激光器的激光光束在PSD平面坐标系中的坐标，X2、Y2表示二个激光器的激光光束在PSD平面坐标系中的坐标，X3、Y3表示第三个激光器的激光光束在PSD平面坐标系中的坐标，Js表示雅克比矩阵，Tx,Ty,Tz分别表示特征点相对PSD平面坐标系中X轴、Y轴和Z轴的平移速度，ωx,ωy,ωz分别表示特征点相对PSD平面坐标系中X轴、Y轴和Z轴的角速度。其中，Js∈R2n*6，n≥3是照射在PSD平面的激光数目。以激光器的数量为三个为例，雅克比矩阵Js可拓宽为：
Figure BDA0002387325740000082
其中，Zp1、Zp2、Zp3表示3个激光器到PSD平面坐标系的距离，在机器人位置标定系统中，末端操作器平行于PSD位置传感器做平移运动，因此Zp1、Zp2、Zp3是固定值。故通过自适应算法在线估计位置参数通过计算可得到末端操作器的运动位置。
请参阅图3，在一个实施例中，根据实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对机器人的关节角度进行调节的步骤，包括步骤S310、步骤S320和步骤S330。
步骤S310，根据实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息进行比较，得到位置误差。步骤S320，根据位置误差进行分析得到机器人的关节角度信息。步骤S330，根据关节角度信对机器人的关节角度进行调节。
进一步的，请参阅图4，在一个实施例中，步骤S320包括步骤S321和步骤S322。步骤S321，根据位置误差和自适应算法对控制律中相关变量进行估计，得到力矩信息。步骤S322，根据力矩信息和预设动力学模型进行分析，得到机器人的关节角度信息。
具体地，请结合参阅图5，搭建控制系统，将测量得到的实际光斑位置与理想光斑位置进行比较，得到位置误差值(即位置误差)，利用自适应算法和误差值对控制律中相关变量进行估计，经过控制律运算后，将新的力矩(即力矩信息)代入预设动力学模型进行，得出新的各关节角度(即关节角度信息)，直到光斑到达理想光斑位置，即PSD位置传感器的中心位置。
应当指出的是，自适应算法在线估计未知参数，接收到数据时自动处理顺序、参数及约束条件，是一个不断逼近目标的过程，在此过程中，随时调整比例系数和时间常数等，使其位置误差趋向0。预设机器人动力学模型和方程式基于拉格朗日方程计算转换得到，公式为：
Figure BDA0002387325740000091
进一步地，在一个实施例中，为了让PSD平面坐标系上的理想光斑位置与激光装置的位置值相符合，采用PD加上重力补偿算法进行单点控制(定位)，这样，我们得到的估计元素是受约束的，并且当时间趋于无限大时，在PSD平面坐标系上的特征点与激光斑点位置误差渐进收敛于零。
上述机器人位置标定方法，通过在激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链，通过在激光装置中选取特征点并结合虚拟约束运动链进行分析，即可以得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息，从而可以根据实际光斑位置与对应的理想光斑位置对机器人的位姿及零位偏差进行自标定。通过上述方案，不需要机器人末端或者激光器需要从至少七个方位将光斑投影到PSD位置传感器的中心，只需要对特征点的运动进行观察分析，即可以实现机器人位置标定操作，与传统的工业机器人位置标定方法相比具有标定便利性强的优点。
请参阅图6，一种机器人位置标定装置，包括：特征点获取模块100、实际光斑获取模块200和关节角度调节模块300。
特征点获取模块100用于获取激光装置的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息；实际光斑获取模块200用于根据激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及特征点位置信息进行分析，得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息；关节角度调节模块300用于根据实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对机器人的关节角度进行调节，直到实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致。
在一个实施中，实际光斑获取模块200还用于根据激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链得到特征点相对PSD平面坐标系的移动速度；根据移动速度和特征点位置信息进行雅克比矩阵堆叠，得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息。
在一个实施中，关节角度调节模块300还用于根据实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息进行比较，得到位置误差；根据位置误差进行分析得到机器人的关节角度信息；根据关节角度信对机器人的关节角度进行调节。
在一个实施中，关节角度调节模块300还用于根据位置误差和自适应算法对控制律中相关变量进行估计，得到力矩信息；根据力矩信息和预设动力学模型进行分析，得到机器人的关节角度信息。
关于机器人位置标定装置的具体限定可以参见上文中对于机器人位置标定方法的限定，在此不再赘述。上述机器人位置标定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计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
上述机器人位置标定装置，通过在激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链，通过在激光装置中选取特征点并结合虚拟约束运动链进行分析，即可以得到激光装置在PSD位置传感器上的实际光斑位置信息，从而可以根据实际光斑位置与对应的理想光斑位置对机器人的位姿及零位偏差进行自标定。通过上述方案，不需要机器人末端或者激光器需要从至少七个方位将光斑投影到PSD位置传感器的中心，只需要对特征点的运动进行观察分析，即可以实现机器人位置标定操作，与传统的工业机器人位置标定方法相比具有标定便利性强的优点。
请参阅图7，一种机器人位置标定系统，包括：激光装置10、PSD位置传感器20和处理装置30，激光装置10设置于机器人的末端操作器(图未示)，激光装置10发射的激光照射至PSD位置传感器20的表面，PSD位置传感器20连接处理装置30，处理装置30连接机器人的六轴机械手臂(图未示)，处理装置30用于根据上述的方法进行机器人位置标定。
具体地，处理装置30首先获取激光装置10的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息；然后根据激光装置10与PSD位置传感器20之间构建的虚拟约束运动链以及特征点位置信息进行分析，得到激光装置10在PSD位置传感器20上的实际光斑位置信息；最后根据实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对机器人的关节角度进行调节，直到实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致。
激光装置10即为能够发射激光的装置，激光装置10发射的激光照射至PSD位置传感器20之后能够在PSD位置传感器20的表面形成光斑。在一个实施例中，激光装置10包括激光器和激光器适配器，激光器设置于激光器适配器，激光器适配器设置于机器人的末端操作器。在进行机器人位置标定系统的搭建时，首先将激光器及适配器固定在工业机器人的末端操作器上，调整激光光束方向与末端坐标系的X轴方向相同(即垂直于PSD位置传感器20的方向)，负载激光器确保激光可以照射到PSD表面，只要激光器和适配器位置固定，末端操作器坐标系中激光光束也随之确定：
Figure BDA0002387325740000121
其中，Xe、Ye、Ze表示激光器与适配器在末端操作器坐标系中的位置，Xoe、Yoe、Zoe为末端操器在末端操作器坐标系的初始位置，Me、ne、Pe为激光器与适配器分别在X轴、Y轴、Z轴上的位移。
应当指出的是，特征点的数量并不是唯一的，在一个实施例中，可以设置三个或三个以上的特征点，从而能够保证观察到激光器的全部运动。进一步地，在一个实施例中，各个特征点选取激光装置10中激光器的中心，对应的特征点的数量取决于激光器的数量，在一个较为详细的实施例中，可以设置三个或四个激光器进行机器人位置标定操作，在能够有效的保证观察到激光装置10全部运动的同时，还具有节约成本的优点。
PSD位置传感器20是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器。它是一种非分割型器件，可将光敏面上的光点位置转化为电信号。PSD由p衬底、pin光电二极管及表面电阻组成，具有位置分辨率高，响应速度快和处理电路简单等优点。本实施例中在PSD位置传感器20处建立有PSD平面坐标系，当激光装置10与PSD位置传感器20相对设置完成之后，激光装置10与PSD位置传感器20之间的虚拟约束运动链也就随之建立。此时，假设固定在机器人末端操作器的激光装置10相对于PSD平面坐标系进行移动，对应的激光装置10中的特征点相对PSD平面坐标系也会发生移动。根据机器人末端操作器的移动情况进行进一步的分析，即可以得到机器人末端操作器相对于PSD平面坐标系的运动位置，而激光装置10固定设置于机器人末端操作器，对应的此时特征点相对PSD平面坐标系的位置也就随之确定。进一步的，由于在安装激光装置10时，激光装置10发射的激光束延末端坐标系的X轴方向(即垂直于PSD位置传感器20的方向)照射至PSD位置传感器20的表面，则对应的激光装置10在PSD位置传感器20上的实际光斑位置信息也就随之确定。
当根据上述方案进行分析得到激光装置10在PSD位置传感器20上的实际光斑位置信息之后，将会根据实际光斑位置信息与理想光斑位置信息之间的关系进行机器人关节角度的调节，使得机器人末端操作器进行一定位置的移动。应当指出的是，在机器人末端操作器的移动过程中实时进行实际光斑位置信息的检测获取操作，并与理想光斑位置信息进行比较，直至实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致。可以理解，实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致可以是实际光斑位置信息与理想光斑位置信息完全相同，也可以是在误差允许的范围内，近似认为实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致，具体可以根据机器人的实际使用场景或者用户需求进行选择。
应当指出的是，在一个实施例中，理想光斑位置为PSD位置传感器20的中心位置，当机器人位置标定系统中激光装置10和PSD位置传感器20均设置完成，基于PSD位置传感器20建立PSD平面坐标系之后，PSD位置传感器20的中心位置(即理想光斑位置信息)也就随之确定。例如，在一个实施例中，可以直接将PSD位置传感器20的中心位置作为PSD平面坐标系的坐标原点。
请参阅图8，在一个实施例中，处理装置30包括单信号处理电路板31、PC机控制器32和机器人控制器33，单信号处理电路板31连接PSD位置传感器20，单信号处理电路板31的模数转换接口连接PC机控制器32，PC机控制器32连接机器人控制器33，机器人控制器33连接机器人的六轴机械手臂(图未示)。
具体地，PSD位置传感器20通过PSD固定装置固定，PSD位置传感器20测量得到的信息首先发送至单信号处理电路板31，然后经单信号处理电路板31的模数转换(A/D转换)接口进行转换之后发送至PC控制器。PC控制器主要是对A/D转换之后得到的数据进行分析计算反馈给机器人控制器33，机器人控制器33接收到信号指令后控制机器人做相应运动。
本申请采用PSD位置传感器20与激光器构建虚拟约束运动链，对机器人的位姿及零位偏差进行自标定，采用相应的自适应控制算法，得到一种基于PSD的无标定伺服定位系统，可用于工作现场的机器人标定，减少了人员参与对标定系统的影响。此系统有以下三个优点：(1)标定速度快；(2)自动化程度高；(3)低成本，便于携带。
上述机器人位置标定系统，通过在激光装置10与PSD位置传感器20之间构建的虚拟约束运动链，通过在激光装置10中选取特征点并结合虚拟约束运动链进行分析，即可以得到激光装置10在PSD位置传感器20上的实际光斑位置信息，从而可以根据实际光斑位置与对应的理想光斑位置对机器人的位姿及零位偏差进行自标定。通过上述方案，不需要机器人末端或者激光器需要从至少七个方位将光斑投影到PSD位置传感器20的中心，只需要对特征点的运动进行观察分析，即可以实现机器人位置标定操作，与传统的工业机器人位置标定方法相比具有标定便利性强的优点。
一种机器人系统，包括机器人和上述的机器人位置标系统。
具体地，机器人位置标系统如图7-8所示，处理装置30首先获取激光装置10的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息；然后根据激光装置10与PSD位置传感器20之间构建的虚拟约束运动链以及特征点位置信息进行分析，得到激光装置10在PSD位置传感器20上的实际光斑位置信息；最后根据实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对机器人的关节角度进行调节，直到实际光斑位置信息与理想光斑位置信息一致。
上述机器人系统，通过在激光装置10与PSD位置传感器20之间构建的虚拟约束运动链，通过在激光装置10中选取特征点并结合虚拟约束运动链进行分析，即可以得到激光装置10在PSD位置传感器20上的实际光斑位置信息，从而可以根据实际光斑位置与对应的理想光斑位置对机器人的位姿及零位偏差进行自标定。通过上述方案，不需要机器人末端或者激光器需要从至少七个方位将光斑投影到PSD位置传感器20的中心，只需要对特征点的运动进行观察分析，即可以实现机器人位置标定操作，与传统的工业机器人位置标定方法相比具有标定便利性强的优点。
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 (12)

1.一种机器人位置标定方法，其特征在于，包括：
获取激光装置的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息；
根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及所述特征点位置信息进行分析，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息；
根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对所述机器人的关节角度进行调节，直到所述实际光斑位置信息与所述理想光斑位置信息一致。
2.根据权利要求1所述的机器人位置标定方法，其特征在于，所述根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及所述特征点位置信息进行分析，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息的步骤，包括：
根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链得到所述特征点相对所述PSD平面坐标系的移动速度；
根据所述移动速度和所述特征点位置信息进行雅克比矩阵堆叠，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息。
3.根据权利要求2所述的机器人位置标定方法，其特征在于，所述移动速度包括平移速度和角速度。
4.根据权利要求1所述的机器人位置标定方法，其特征在于，所述根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对所述机器人的关节角度进行调节的步骤，包括：
根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息进行比较，得到位置误差；
根据所述位置误差进行分析得到所述机器人的关节角度信息；
根据所述关节角度信对所述机器人的关节角度进行调节。
5.根据权利要求4所述的机器人位置标定方法，其特征在于，所述根据所述位置误差进行分析得到所述机器人的关节角度信息的步骤，包括：
根据所述位置误差和自适应算法对控制律中相关变量进行估计，得到力矩信息；
根据所述力矩信息和预设动力学模型进行分析，得到所述机器人的关节角度信息。
6.根据权利要求1-5任一项所述的机器人位置标定方法，其特征在于，所述特征点的数量为三个或三个以上。
7.一种机器人位置标定装置，其特征在于，包括：
特征点获取模块，用于获取激光装置的特征点在PSD平面坐标系中的特征点位置信息；
实际光斑获取模块，用于根据所述激光装置与PSD位置传感器之间构建的虚拟约束运动链以及所述特征点位置信息进行分析，得到所述激光装置在所述PSD位置传感器上的实际光斑位置信息；
关节角度调节模块，根据所述实际光斑位置信息和对应的理想光斑位置信息对所述机器人的关节角度进行调节，直到所述实际光斑位置信息与所述理想光斑位置信息一致。
8.一种机器人位置标定系统，其特征在于，包括：激光装置、PSD位置传感器和处理装置，所述激光装置设置于机器人的末端操作器，所述激光装置发射的激光照射至所述PSD位置传感器的表面，所述PSD位置传感器连接所述处理装置，所述处理装置连接所述机器人的六轴机械手臂，所述处理装置用于根据权利要求1-6任一项所述的方法进行机器人位置标定。
9.根据权利要求8所述的机器人位置标定系统，其特征在于，所述激光装置包括激光器和激光器适配器，所述激光器设置于所述激光器适配器，所述激光器适配器设置于所述机器人的末端操作器。
10.根据权利要求9所述的机器人位置标定系统，其特征在于，所述特征点为所述激光器的中心。
11.根据权利要求8所述的机器人位置标定系统，其特征在于，所述处理装置包括单信号处理电路板、PC机控制器和机器人控制器，所述单信号处理电路板连接所述PSD位置传感器，所述单信号处理电路板的模数转换接口连接所述PC机控制器，所述PC机控制器连接所述机器人控制器，所述机器人控制器连接所述机器人的六轴机械手臂。
12.一种机器人系统，其特征在于，包括机器人和权利要求8-11任一项所述的机器人位置标定系统。
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