CN111390911A - 一种机械手位置标定系统及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械手技术领域，尤其涉及一种机械手位置标定系统，包括标定平台、位置待标定的机械手、超声波探头、激光雷达、辅助标定块和数据采集处理设备，所述机械手位于所述标定平台上方，所述超声波探头设置于所述机械手最前端的侧壁上，所述激光雷达设置于所述标定平台上，用于扫描所述机械手和所述辅助定位块，所述辅助标定块位于所述标定平台上，所述激光雷达和所述超声波探头分别与所述数据采集处理设备电连接。另外，本发明还提供一种采用该位置标定系统的位置标定方法。相比于现有技术，本发明标定精度高，标定效率高且成本低。

Description

一种机械手位置标定系统及标定方法
技术领域
本发明属于机械手技术领域，尤其涉及一种机械手位置标定系统及标定方法。
背景技术
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中。
机械手位置标定是离线编程技术实用化的关键技术之一。通过标定可以将机械手的位姿误差大幅度降低，进而将机械手的绝对精度提高到重复精度的水平。所谓标定就是应用测量手段和基于模型的参数识别方法辨识出机械手模型的准确参数，从而提高机械手绝对精度的过程。然而现有的标定方法得到的数据不够准确，标定精度也不够，大部分还需要人工进行标定，需要一定的人工成本，而且效率低。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种机械手位置标定系统，标定精度高，标定效率高且成本低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种机械手位置标定系统，包括标定平台、位置待标定的机械手、超声波探头、激光雷达、辅助标定块和数据采集处理设备，所述机械手位于所述标定平台上方，所述超声波探头设置于所述机械手最前端的侧壁上，所述激光雷达设置于所述标定平台上，用于扫描所述机械手和所述辅助定位块，所述辅助标定块位于所述标定平台上，所述激光雷达和所述超声波探头分别与所述数据采集处理设备电连接。
作为本发明所述的机械手位置标定系统的一种改进，所述激光雷达为旋转式激光雷达。
作为本发明所述的机械手位置标定系统的一种改进，所述超声波探头以空气作为工作介质。
作为本发明所述的机械手位置标定系统的一种改进，所述辅助标定块的移动通过机械程序控制。
作为本发明所述的机械手位置标定系统的一种改进，所述数据采集处理设备包括数据采集模块、数据处理模块和雷达图处理模块，所述数据采集模块与所述数据处理模块通信连接，所述数据处理模块与所述雷达图处理模块通信连接。
本发明的另一个目的在于：提供一种采用所述的机械手位置标定系统的机械手位置标定方法，包括以下步骤：
1)启动激光雷达和数据采集处理设备，将辅助标定块放置于标定平台的位置A，采集激光雷达点云数据；
2)数据采集处理设备将激光雷达点云数据进行坐标变换，变换到机械手的坐标系下，然后根据坐标范围提取出辅助标定块所产生的点云，最后计算出辅助标定块与机械手的相对位置；
3)数据采集处理设备将将机械手的位置、辅助标定块的位置和标尺以雷达图的形式保持下来，同时，将机械手上的超声波探头探测到其与辅助标定块之间的数据换算成距离信息，并将距离信息标注于雷达图中；
4)将辅助标定块移动至其它位置，重复步骤1)至3)的操作多次，得到多幅雷达图；
5)数据采集处理设备对多幅雷达图进行处理，比较辅助标定块到机械手的距离和超声波探头探测到的数据换算得到的距离信息，计算两者之间的误差，得到每个标定位置的误差范围；
6)将不同误差范围用不同颜色标识绘制在新的雷达图中，得到每个标定位置的误差范围分布图，根据该误差范围分布图可直观读出机械手的位置信息。
作为本发明所述的机械手位置标定方法的一种改进，在步骤1)中，通过数据采集模块来采集激光雷达点云数据。
作为本发明所述的机械手位置标定方法的一种改进，在步骤2)至4)中，通过数据处理模块对相关数据进行处理。
作为本发明所述的机械手位置标定方法的一种改进，在步骤5)中，通过雷达图处理模块对多幅雷达图进行处理。
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
1)本发明为了准确测量出辅助标定块与机械手之间的相对位置，采用激光雷达作为测量仪器，根据激光的飞行时间来计算两者之间的距离，激光雷达的监测范围大，而且测距精度高，从而使得位置标定系统的标定数据准确且标定精度高。
2)本发明的位置标定方法中，辅助标定块的位置可通过机械程序控制，不需要人工操作，而且不同坐标系之间变换关系求取的方法具有易实施性，既提高了标定效率，又降低标定成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中超声波探头、激光雷达、数据采集处理设备三者之间的连接关系图。
其中：1-标定平台，2-机械手，3-超声波探头，4-激光雷达，5-辅助标定块，6-数据采集处理设备，61-数据采集模块，62-数据处理模块，63-雷达图处理模块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
如图1～2所示，一种机械手位置标定系统，包括标定平台1、位置待标定的机械手2、超声波探头3、激光雷达4、辅助标定块5和数据采集处理设备6，机械手2位于标定平台1上方，超声波探头3设置于机械手1最前端的侧壁上，激光雷达4设置于标定平台1上，用于扫描机械手2和辅助定位块5，辅助标定块位5于标定平台1上，激光雷达4和超声波探头3分别与数据采集处理设备6电连接。
优选的，激光雷达4为旋转式激光雷达。
优选的，超声波探头3以空气作为工作介质。
优选的，辅助标定块5的移动通过机械程序控制。
优选的，数据采集处理设备6包括数据采集模块61、数据处理模块62和雷达图处理模块63，数据采集模块61与数据处理模块62通信连接，数据处理模块62与雷达图处理模块63通信连接。
实施例2
一种采用实施例1的机械手位置标定系统的机械手位置标定方法，包括以下步骤：
1)启动激光雷达4和数据采集处理设备6，将辅助标定块2放置于标定平台1的位置A，通过数据采集模块61采集激光雷达点云数据；
2)数据处理模块62将激光雷达点云数据进行坐标变换，变换到机械手2的坐标系下，然后根据坐标范围提取出辅助标定块5所产生的点云，最后计算出辅助标定块5与机械手2的相对位置；
3)数据处理模块62将将机械手2的位置、辅助标定块5的位置和标尺以雷达图的形式保持下来，同时，将机械手2上的超声波探头3探测到其与辅助标定块5之间的数据换算成距离信息，并将距离信息标注于雷达图中；
4)将辅助标定块5移动至其它位置(辅助标定块的移动通过机械程序控制，无需人工操作)，重复步骤1)至3)的操作多次，得到多幅雷达图；
5)雷达图处理模块63对多幅雷达图进行处理，比较辅助标定块5到机械手1的距离和超声波探头3探测到的数据换算得到的距离信息，计算两者之间的误差，得到每个标定位置的误差范围；
6)雷达图处理模块63将不同误差范围用不同颜色标识绘制在新的雷达图中，得到每个标定位置的误差范围分布图，根据该误差范围分布图可直观读出机械手的位置信息。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种机械手位置标定系统，其特征在于：包括标定平台、位置待标定的机械手、超声波探头、激光雷达、辅助标定块和数据采集处理设备，所述机械手位于所述标定平台上方，所述超声波探头设置于所述机械手最前端的侧壁上，所述激光雷达设置于所述标定平台上，用于扫描所述机械手和所述辅助定位块，所述辅助标定块位于所述标定平台上，所述激光雷达和所述超声波探头分别与所述数据采集处理设备电连接。
2.根据权利要求1所述的机械手位置标定系统，其特征在于：所述激光雷达为旋转式激光雷达。
3.根据权利要求1所述的机械手位置标定系统，其特征在于：所述超声波探头以空气作为工作介质。
4.根据权利要求1所述的机械手位置标定系统，其特征在于：所述辅助标定块的移动通过机械程序控制。
5.根据权利要求1所述的机械手位置标定系统，其特征在于：所述数据采集处理设备包括数据采集模块、数据处理模块和雷达图处理模块，所述数据采集模块与所述数据处理模块通信连接，所述数据处理模块与所述雷达图处理模块通信连接。
6.一种采用权利要求1～5任一项所述的机械手位置标定系统的机械手位置标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)启动激光雷达和数据采集处理设备，将辅助标定块放置于标定平台的位置A，采集激光雷达点云数据；
2)数据采集处理设备将激光雷达点云数据进行坐标变换，变换到机械手的坐标系下，然后根据坐标范围提取出辅助标定块所产生的点云，最后计算出辅助标定块与机械手的相对位置；
3)数据采集处理设备将将机械手的位置、辅助标定块的位置和标尺以雷达图的形式保持下来，同时，将机械手上的超声波探头探测到其与辅助标定块之间的数据换算成距离信息，并将距离信息标注于雷达图中；
4)将辅助标定块移动至其它位置，重复步骤1)至3)的操作多次，得到多幅雷达图；
5)数据采集处理设备对多幅雷达图进行处理，比较辅助标定块到机械手的距离和超声波探头探测到的数据换算得到的距离信息，计算两者之间的误差，得到每个标定位置的误差范围；
6)将不同误差范围用不同颜色标识绘制在新的雷达图中，得到每个标定位置的误差范围分布图，根据该误差范围分布图可直观读出机械手的位置信息。
7.根据权利要求6所述的机械手位置标定方法，其特征在于，在步骤1)中，通过数据采集模块来采集激光雷达点云数据。
8.根据权利要求6所述的机械手位置标定方法，其特征在于，在步骤2)至4)中，通过数据处理模块对相关数据进行处理。
9.根据权利要求6所述的机械手位置标定方法，其特征在于，在步骤5)中，通过雷达图处理模块对多幅雷达图进行处理。
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