CN111168719A

CN111168719A - 一种基于定位工装的机器人校准方法及系统

Info

Publication number: CN111168719A
Application number: CN202010103375.6A
Authority: CN
Inventors: 李明洋
Original assignee: Shanghai Jaka Robot Technology Co ltd
Current assignee: Jieka Robot Co ltd
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: CN111168719B

Abstract

本申请提供一种基于定位工装的机器人校准方法及系统，该定位工装上设有机器人安装座和多个点位，每个点位预设有相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，机器人安装于定位工装的机器人安装座上。在使用过程中，机器人首先以特定的安装方向固定在机器人安装座上，然后控制机器人使机器人末端依次对齐标定工装上一定数量的点位，之后，采集机器人在对齐点位时的各关节位置信息，利用校准算法，直接计算出修正后的实际DH参数值和关节零位，从而实现提升机器人绝对精度。本申请实施例所用的定位工装可灵活设计，成本低、便携、易操作；校准方法精度高、速度快，结合工装可实现快速校准。

Description

一种基于定位工装的机器人校准方法及系统

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种基于定位工装的机器人校准方法及系统。

背景技术

随着工业机器人装机量和应用范围的不断扩大，工业上对机器人的各方面性能也提出了更高的要求，其中，机器人工具末端的定位精度无疑是评价机器人的一个重要参数指标。机器人的定位精度一般包括机器人的位姿准确度(或称绝对精度)和位姿重复性(或称重复定位精度)。

随着视觉应用与离线编程等需求的日益增加，对机器人绝对精度的保证性也需要进一步提高，而机器人在装配中的装配误差，和使用过程中的磨损、变形都对机器人的实际DH参数和零位角度造成了影响，进而导致机器人绝对定位精度的降低。目前，常用的机器人绝对精度校准方法，大多基于空间位姿测量设备，如激光跟踪仪、拉线机等设备，其市场价格大多在百万以上，十分昂贵，且操作复杂。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于定位工装的机器人校准方法及系统，所用的定位工装可灵活设计，成本低、便携、易操作，利用该定位工装可实现快速校准。

第一方面，本申请实施例提供一种基于定位工装的机器人校准方法，所述定位工装上设有机器人安装座和多个点位，每个点位预设有相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，机器人安装于所述定位工装的机器人安装座上，所述方法包括：获取机器人末端依次定位至定位工装上的K个不同点位的过程中，机器人控制器内所记录的机器人在每个点位时的多个关节角，以及获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值，所述坐标实际值根据所述点位的位置坐标确定，K为正整数；利用K个点位的坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵建立的；利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。

上述方案利用定位工装绑定工装坐标系和机器人基座标系，通过机械工装卡点定位的方式获得机器人末端实际位置，所用的定位工装可灵活设计，成本低、便携、易操作、适用性强，利用该定位工装可实现快速校准，可在工业现场快速提高机器人的绝对精度。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值，包括：获取K个点位中的每个点位相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，其中，所述工装坐标系与机器人基坐标系之间满足预设关系；按照工装坐标系与机器人基坐标系间的预设关系，根据每个点位的位置坐标确定每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值。

由于工装坐标系是基于定位工装而定义的坐标系，而机器人使用机器人基坐标系进行移动和定位，因此，在进行校准计算时，需要将各点位的基于工装坐标系的位置坐标转换到机器人基坐标系下，得到各点位的基于机器人基坐标系下的坐标。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述工装坐标系与机器人基坐标系之间满足的预设关系为：所述工装坐标系与机器人基坐标系的坐标原点重合，且所述工装坐标系上的任一坐标轴，相对于机器人基坐标系上的同一坐标轴重合或取反。

工装坐标系与机器人基坐标系的定义可以完全重合或者取反，这样能够十分方便地将工装坐标系下的位置坐标转换为机器人基坐标系下的位置坐标，简化计算过程，如果机器人相对于机器人安装座倾斜安装，导致两个坐标系之间产生一定的旋转角度，则各点位在机器人基坐标系下的坐标需要通过复杂算法转换得到，导致计算量增加。

第二方面，本申请实施例提供一种基于定位工装的机器人校准系统，包括：定位工装、机器人、机器人控制器和校准设备，所述定位工装上设有机器人安装座和多个点位，每个点位预设有相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，所述机器人安装于所述定位工装的机器人安装座上；所述校准设备用于从所述机器人控制器内获取机器人末端依次定位至定位工装上的K个不同点位的过程中，机器人在每个点位时的多个关节角，以及用于获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值，所述坐标实际值根据所述点位的位置坐标确定，K为正整数；所述校准设备还用于利用K个点位的坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵建立的；所述校准设备还用于利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。

第三方面，本申请实施例提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如第一方面所述的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种校准设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述校准设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如第一方面所述的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的定位工装的示意图；

图2为本申请实施例提供的机器人校准方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的机器人校准系统的示意图；

图4为校准前后机器人在50个点位的位置误差的对比示意图；

图5为本申请上实施例提供的机器人校准装置的示意图；

图6为本申请实施例提供的校准设备的示意图。

图标：100-定位工装；110-机器人安装座；120-点位；310-机器人；320-机器人控制器；330-校准设备。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

本申请实施例提供一种基于定位工装的机器人校准方法，利用特定的定位工装实现机器人末端的精确定位，该校准方法精度高、速度快，使用方便，定位工装可灵活设计、便携、通用性高，可在工业现场快速提高机器人的绝对精度。目前主流的机器人精度校准方案都是基于三维坐标位姿测量设备，包括激光跟踪仪、拉线机等，这些设备存在价格昂贵、体积较大、使用成本高且操作复杂的问题。相较于现有的位姿测量设备，本申请提供的定位工装成本较低，使用便捷，有利于广泛应用及推广，具有较好的商业应用价值。

本申请实施例采用机械工装进行末端定位，并设计特定的末端定位用工装，其中，末端定位可直接利用机器人本体末端(未带有工具)或设计特定尺寸、形状的末端工具，以机器人本体末端或末端工具定位到工装上的点位，定位方式可采用插孔插销式、尖端对齐顶针式、尖端对齐刻线式等。图1示出了该定位工装的结构示意图。如图1所示，定位工装100上同时设有机器人安装座110和多个定位点位120，多个定位点位在定位工装上形成末端定位目标点阵列，定位点位120的数量可以足够多，每个定位点位120作为机器人末端定位的目标位，工装上每个点位的具体定位结构可根据实际需要灵活设计。机器人安装座110需预先设定机器人的安装方向，在使用过程中，机器人首先以特定的安装方向固定在机器人安装座110上，然后控制机器人使机器人末端依次对齐标定工装上一定数量的点位120，之后，采集机器人在对齐定位点位120时的各关节位置信息，利用校准算法，直接计算出修正后的实际DH参数值和关节零位，从而实现提升机器人绝对精度。每个点位120在定位工装100上的位置坐标预先已经确定，且该位置坐标是基于工装坐标系确定。

该定位工装为一体式刚性材料机加工件，将机器人以特定安装方向固定于工装上的机器人安装座，可确保工装上的用于定位的目标点位的位置坐标和机器人基坐标系保持一定的对应关系，即利用工装定位来测量机器人末端到达的实际位置。由于工装坐标系是基于定位工装而定义的坐标系，而机器人使用机器人基坐标系进行移动和定位，因此，在进行校准计算时，需要将各点位的基于工装坐标系的位置坐标转换到机器人基坐标系下，得到各点位的基于机器人基坐标系下的坐标。

在将机器人安装到机器人安装座的过程中，通过约定的安装方向和机械设计(如卡槽、定位销等形式)保证机器人的安装精度，即保证工装上的各点位与机器人基坐标系间相对位置的精度，且使工装坐标系和机器人基坐标系之间绑定。在一个具体的实施例中，两个坐标系之间应当满足预设关系，该预设关系使得各点位相对于机器人基坐标系的位置坐标比较容易得到。例如，该预设关系可以是：工装坐标系与机器人基坐标系的坐标原点重合，且工装坐标系上的任一坐标轴，相对于机器人基坐标系上的同一坐标轴重合或取反。两个坐标系的定义可以完全重合或者取反，这样能够十分方便地将工装坐标系下的位置坐标转换为机器人基坐标系下的位置坐标，简化计算过程，如果机器人相对于机器人安装座倾斜安装，导致两个坐标系之间产生一定的旋转角度，则各点位在机器人基坐标系下的坐标需要通过复杂算法转换得到，导致计算量增加。

需要说明的是，本申请实施例所述的定位工装，不止限于图1所示的形式，本实施例使用定位工装的目的在于，通过将机器人基座和工装上的点位进行机械性位置锁定，然后通过将机器人末端与工装上的点位进行卡点定位，得到机器人末端相对于机器人基坐标系的空间坐标，以此代替空间位姿测量仪器。由于本申请实施例通过机械工装卡点定位的方式测量机器人末端位置，因此，无需使用空间位姿测量仪器，既节约成本，同时，工装的结构可灵活设计，易于操作。定位工装上的机器人安装座的数目可以为1个或多个，每个机器人安装座对应一个工装坐标系，在有多个机器人安装座，且工装上的点位数量足够多的情况下，一个定位工装上可以允许多个机器人同时进行机器人校准，有利于工业现场对若干机器人进行快速校准。

图2示出了该机器人校准方法的原理流程图，应当理解，该流程图旨在对该校准方法的原理进行说明，并不表示该校准方法是按照下述顺序进行执行。如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤210：将机器人安装于定位工装的机器人安装座上，并控制机器人末端依次定位至定位工装上的K个不同点位。

定位工装用于获取机器人末端的实际位置坐标。在完成机器人的安装后，示教机器人进行定位，使机器人末端(机器人本体末端或者末端工具的工具中心点)到达工装上足够多的目标点位或目标位姿(包括以不同姿态定位于同一个目标点)，定位的点位数目假设为K个。在上述步骤中，可以通过机器人控制器内的编程程序控制机器人依次定位到工装上的K个点位，K个点位中的每个点位的位置坐标(在工装坐标系下的坐标)预先确定，并输入到机器人控制器内，例如，定位工装上设置有100个定位点位，机器人末端依次定位到其中的30-50个点位，K个点位中可以包含重复点位，即机器人可以以不同姿态定位于同一个点位。或者，也可以通过示教器，手动导引机器人末端，将机器人末端移动至相应的位置，使得机器人末端到达预期的K个点位。K为正整数。

步骤220：校准设备获取机器人控制器内所记录的机器人在定位至K个点位中的每个点位时的多个关节角，以及每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值。

在机器人末端定位至定位工装上的各个点位时，机器人控制器内记录机器人在该点位时的多个关节角，本实施例主要以串联型六轴工业机器人为例进行说明，但其算法原理也可适用于其他类型的机器人。对于六轴工业机器人，在机器人控制器内记录六个关节角度：θ_1(j)、θ_2(j)、θ_3(j)、θ_4(j)、θ_5(j)、θ_6(j)，其中j代表第j个点位，表示在第j个点位的位姿下，六个关节分别所处的角度，j取1至K的整数。在上述步骤中，校准设备需获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值(x_j,y_j,z_j)，并从机器人控制器中获取机器人在每个点位的多个关节角度，机器人控制器与校准设备通信连接，机器人控制器将关节角度信息发送至校准设备。由于定位工装上的每个点位相对于工装坐标系的位置坐标已知，因此K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值可以根据该点位在工装坐标系下的位置坐标转换获得。

校准设备首先获取K个点位中的每个点位相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，这些坐标可以是由用户手动输入到校准设备中或者预置在校准设备中。采用手动输入的方式，可以在每次校准过程中对实际定位的目标点位进行灵活调整，采用预置的方式，可以使多个机器人定位至相同的点位，不需要用户频繁输入位置坐标，减少人工干预。应当理解，虽然多个机器人定位到相同的K个点位，但不同机器人走到同一点位时，不同机器人各个关节所处的角度可能是不一样的，因此，能够起到相同的校准效果。进一步的，校准设备在获得每个点位的位置坐标后，按照工装坐标系与机器人基坐标系间的预设关系，根据每个点位的位置坐标确定出每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值。如果工装坐标系与机器人基坐标系完全重合，则每个点位在工装坐标系下的位置坐标即为该点位在机器人基坐标系下的位置坐标，如果工装坐标系与机器人基坐标系之间，坐标轴存在取反关系，则将该位置坐标中的对应数值取反即可，而如果两个坐标系之间不满足上述任一种关系，则需按照预设的坐标转换算法，将工装坐标系下的位置坐标通过计算转换到机器人基坐标系下，从而得到每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值。

机器人的DH参数包括：第i个关节的连杆扭角α_i，第i个关节的连杆偏距d_i，第i个关节的连杆长度a_i和第i个关节的关节角度θ_i，这些参数在机器人控制器内均有理论值(也称作名义值)，本申请实施例需要求解这些理论参数与机器人实物尺寸由于加工制造带来的误差，从而对机器人的绝对精度进行修正。需要说明的是，由于机器人每个关节的关节角度在每个点位都可能不同，而连杆扭角α_i、连杆偏距d_i、连杆长度a_i则不随机器人点位发生变化，为固定参数，因此为便于理解，本实施例以下仅将连杆扭角α_i、连杆偏距d_i、连杆长度a_i称为DH参数。校准设备在获得机器人控制器内记录的各个点位对应的多个关节角度后，根据多个关节角度和机器人的理论DH参数，进行运动学正解和坐标变换，得到各个点位在机器人基坐标系下的点名义坐标，即每个点位的坐标理论值。

步骤230：校准设备计算机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵，并对位姿传递矩阵中的每个未知量进行偏微分计算，获得误差传递矩阵。

具体的，步骤230包括如下两个步骤：

(1)计算机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵：

其中，

表示关节i-1到关节i的位姿传递矩阵，

表示机器人第g关节末端到工具末端的位姿传递矩阵，g为机器人的关节数目；

和

具有如下关系：

其中，a_i表示关节i-1到关节i的连杆长度，α_i表示关节i-1与关节i的连杆扭角，d_i表示关节i-1到关节i的连杆偏距，θ_i表示关节i-1到关节i的关节角；l、m和n表示机器人末端在机器人第g轴坐标系下的坐标值，在机器人末端未带有工具的情况下，l、m和n均取0，即此时对于六轴工业机器人，

i取1至g的整数，关节0表示机器人的基座。如果使用已知尺寸的专用末端工具进行定位，则l、m和n已经被确定。

(2)对机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵进行偏微分计算，获得误差传递矩阵。

对于六轴工业机器人，其误差传递矩阵为：

上式等号右侧共4×6＝24个误差变量，记为列矢量X，X中包含24个元素值，每个元素值表示一个误差值，该误差值表示DH参数中理论值与实际值的误差。

步骤240：根据误差传递矩阵建立目标方程组，并利用K个点位的坐标实际值、多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值。

根据上述误差传递矩阵，可建立如下所示的方程组：

然后，对上述方程组进行变换，得到目标方程组：

X＝A^-1·D；

其中，X表示由误差传递矩阵中所有未知量的误差值组成的列向量，

A^-1表示矩阵A的逆矩阵，矩阵A中的任一元素A_j表示将第j个点位的理论DH参数和多个关节角代入误差传递矩阵后获得的矩阵，j取1至K的整数；D表示由K个点位的位置误差所形成的误差矩阵，M表示由K个点位的坐标实际值所形成的矩阵，N表示由K个点位的坐标理论值所形成的矩阵，误差矩阵D中的每个值表示对应点位的坐标实际值与坐标理论值的差值。如果机器人末端依次定位50个点位，那么误差矩阵D表示为50×3的矩阵。

需要注意的是，本实施例在求解目标方程组中的X的过程中，使用了迭代求解计算，即对目标方程组进行了多轮迭代计算。在步骤240中，具体执行以下迭代过程：

第一轮迭代，将获取的K个点位的关节角、理论DH参数、K个点位的坐标实际值和坐标理论值代入目标方程组，其中，代入的K个点位的关节角、理论DH参数作为初始理论值；在将数据代入目标方程组后，利用拟合求解方法求解X，获得第一轮迭代的结果，得到列向量X₁，X₁中包括24个误差值，分别为六个关节的关节零位的误差值和DH参数的误差值；

在之后的第t轮迭代时，将上一轮迭代获得的列向量X_t-1与上一轮迭代时使用的理论值相加，也就是说，将上一轮求得的误差值与原本的理论值再次相加，将相加后的值认为是一个新的理论值，将新的理论值作为本轮迭代时使用的理论值再次代入目标方程组，对目标方程组进行拟合求解，获得第t轮迭代的列向量X_t，X_t表示第t轮迭代获得的六个关节的关节零位的误差值和DH参数的误差值。

通过不断的迭代计算求解误差，得出的X将越来越精确。X中包括24个误差值，在该24个误差值中的最大值小于预设阈值时，认为达到收敛，即可以认为此时的误差值已经足够精确，可以停止迭代计算的过程，将此时的DH参数的误差值和关节零位的误差值作为最终的DH参数的误差值和关节零位的误差值。

步骤250：利用迭代求解获得的误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。

校准设备可以根据DH参数和关节零位分别对应的误差值，计算DH参数和关节零位的修正值，然后利用DH参数和关节零位的修正值对机器人的绝对精度进行修正。具体的，校准设备可以将上述修正值写入到机器人控制器内，机器人控制器根据写入的修正值完成对机器人的参数修正。

上述是对本技术方案的原理性介绍，以下对实际应用中所实施的方法步骤进行阐述。图3为本申请实施例提供的基于定位工装的机器人校准系统的示意图，如图3所示，该系统包括：定位工装100、机器人310、机器人控制器320和校准设备330，定位工装100上设有机器人安装座和多个点位，每个点位预设有相对于定位工装100上的工装坐标系的位置坐标，机器人310安装于定位工装100的机器人安装座上，校准设备330可与机器人控制器320通信连接，用于接收机器人控制器320发来的关节角度信息。在校准设备执行该机器人校准方法之前，根据前述实施例的介绍预先建立目标方程组，并形成相应的校准算法预置在校准设备中。

在本实施例提供的机器人校准方法中，首先，控制机器人末端依次定位至定位工装的K个点位上，然后，校准设备从机器人控制器内获取机器人末端依次定位至定位工装上的K个不同点位的过程中，机器人在每个点位时的多个关节角，并且，还获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值，然后，校准设备利用K个点位的坐标实际值、多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值，最后，校准设备利用求解获得的误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。

经发明人进行测试验证，采用本实施例提供的校准方法前后，机器人在定位工装上的50个点位的位置误差对比如图4所示，可见，本实施例提供的校准方法能够很大程度上提高机器人的绝对精度，使机器人末端的定位更加精准，具有较好的校准效果。

综上所述，在本实施例提供的校准方法中，通过示教机器人依次对齐标定工装上足够数量的目标点位，并采集机器人在对齐点位后的关节位姿信息和目标点位实际位置信息，校准设备可通过校准算法计算出修正后的实际DH参数值和关节零位，提升机器人绝对精度。上述校准方法利用定位工装绑定工装坐标系和机器人基座标系，通过机械工装卡点定位的方式获得机器人末端实际位置，所用的定位工装可灵活设计，成本低、便携、易操作、适用性强，利用该定位工装可实现快速校准。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种基于定位工装的机器人校准装置，该装置配置于前述的校准设备中，用于执行校准设备在前述实施例中所执行的所有方法步骤。请参阅图5，该装置包括：

数据获取模块410，用于获取机器人末端依次定位至定位工装上的K个不同点位的过程中，机器人控制器内所记录的机器人在每个点位时的多个关节角，以及获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值；

迭代计算模块420，用于利用K个点位的坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；

参数修正模块430，用于利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。

上述提供的基于定位工装的机器人校准装置用于执行校准设备在前述实施例中所实施的所有方法步骤，其与前一方法实施例的基本原理及产生的技术效果相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的方法实施例中的相应内容，在此不做赘述。

图6示出了本申请实施例提供的校准设备330的一种可能的结构。请参照图6，校准设备330包括：处理器510、存储器520以及通信接口530，这些组件通过通信总线540和/或其他形式的连接机构(未示出)互连并相互通讯。

其中，存储器520包括一个或多个(图中仅示出一个)，其可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)等。处理器510以及其他可能的组件可对存储器520进行访问，读和/或写其中的数据。

处理器510包括一个或多个(图中仅示出一个)，其可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器510可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、微控制单元(Micro Controller Unit，简称MCU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)或者其他常规处理器；还可以是专用处理器，包括数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

通信接口530包括一个或多个(图中仅示出一个)，可以用于和其他设备进行直接或间接地通信，以便进行数据的交互。通信接口530可以是以太网接口；可以是移动通信网络接口，例如3G、4G、5G网络的接口；还是可以是具有数据收发功能的其他类型的接口。

在存储器520中可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器510可以读取并运行这些计算机程序指令，以实现本申请实施例提供的基于定位工装的机器人校准方法的步骤以及其他期望的功能。

可以理解，图6所示的结构仅为示意，校准设备330还可以包括比图6中所示更多或者更少的组件，或者具有与图6所示不同的配置。图6中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被计算机的处理器读取并运行时，执行本申请实施例提供的基于定位工装的机器人校准方法的步骤。例如，计算机可读存储介质可以实现为图6中校准设备330中的存储器520。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行本实施例提供的基于定位工装的机器人校准方法。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种基于定位工装的机器人校准方法，其特征在于，所述定位工装上设有机器人安装座和多个点位，每个点位预设有相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，机器人安装于所述定位工装的机器人安装座上，所述方法包括：

获取机器人末端依次定位至定位工装上的K个不同点位的过程中，机器人控制器内所记录的机器人在每个点位时的多个关节角，以及获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值，所述坐标实际值根据所述点位的位置坐标确定，K为正整数；

利用K个点位的坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵建立的；

利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值，包括：

获取K个点位中的每个点位相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，其中，所述工装坐标系与机器人基坐标系之间满足预设关系；

按照工装坐标系与机器人基坐标系间的预设关系，根据每个点位的位置坐标确定每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述工装坐标系与机器人基坐标系之间满足的预设关系为：所述工装坐标系与机器人基坐标系的坐标原点重合，且所述工装坐标系上的任一坐标轴，相对于机器人基坐标系上的同一坐标轴重合或取反。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在利用K个点位的坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解之前，所述方法还包括：

计算机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵，并对所述位姿传递矩阵中的每个未知量进行偏微分计算，获得误差传递矩阵；

根据所述误差传递矩阵建立所述目标方程组。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标方程组为：

X＝A^-1·D；

其中，X表示由所述误差传递矩阵中所有未知量的误差值组成的列向量，

A_j表示将第j个点位的理论DH参数和多个关节角代入所述误差传递矩阵后获得的矩阵，j取1至K的整数；D表示由K个点位的位置误差所形成的误差矩阵，M表示由K个点位的坐标实际值所形成的矩阵，N表示由K个点位的坐标理论值所形成的矩阵，误差矩阵D中的每个值表示对应点位的坐标实际值与坐标理论值的差值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵，包括：

通过如下公式计算机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵

其中，

表示关节i-1到关节i的位姿传递矩阵，

和

具有如下关系：

其中，a_i表示关节i-1到关节i的连杆长度，α_i表示关节i-1与关节i的连杆扭角，d_i表示关节i-1到关节i的连杆偏距，θ_i表示关节i-1到关节i的关节角；l、m和n表示机器人末端在机器人第g轴坐标系下的坐标值，在机器人末端未带有工具的情况下，l、m和n均取0；i取1至g的整数，关节0表示机器人的基座。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用K个点位的坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值，包括：

执行以下迭代过程，直到列向量X中的误差值的最大值小于预设阈值时，获得所述DH参数和关节零位的误差值：

在第一轮迭代时，将K个点位的所述坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数代入到目标方程组中求解，获得第一轮迭代的DH参数和关节零位的误差值；其中，所述多个关节角和所述理论DH参数作为初始的理论值；

在第一轮之后的第t轮迭代时，将上一轮迭代获得的DH参数和关节零位的误差值与上一轮的理论值相加，作为本轮迭代的理论值，并将本轮迭代的理论值代入到目标方程组中求解，获得第t轮迭代的DH参数和关节零位的误差值。

8.一种基于定位工装的机器人校准系统，其特征在于，包括：定位工装、机器人、机器人控制器和校准设备，所述定位工装上设有机器人安装座和多个点位，每个点位预设有相对于定位工装上的工装坐标系的位置坐标，所述机器人安装于所述定位工装的机器人安装座上；

所述校准设备用于从所述机器人控制器内获取机器人末端依次定位至定位工装上的K个不同点位的过程中，机器人在每个点位时的多个关节角，以及用于获取K个点位中的每个点位相对于机器人基坐标系的坐标实际值，所述坐标实际值根据所述点位的位置坐标确定，K为正整数；

所述校准设备还用于利用K个点位的坐标实际值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据机器人基坐标系到机器人末端的位姿传递矩阵建立的；

所述校准设备还用于利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种校准设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述校准设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1-7任一项所述的方法。