CN114102595B - 一种机器人标定方法、标定组件及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人标定方法、标定组件及存储介质，所述标定方法基于标定组件执行机器人标定，标定组件包括末端标定组件和底座标定组件，所述末端标定组件包括第一定位元件，所述底座标定组件包括与所述第一定位元件配合的第二定位元件，所述方法包括：机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，确定标定基准点；保持标定基准点的位置，机器人绕所述标定基准点旋转以改变姿态；获取机器人处于不同姿态的连杆参数以生成目标方程组，据此计算机器人连杆参数的误差值以完成标定。本申请具体实施例的有益效果在于简化标定方法和设备，标定速度快、标定成本低。

Description

一种机器人标定方法、标定组件及存储介质

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种机器人标定方法、标定组件及存储介质。

背景技术

随着工业机器人应用范围的不断扩大，工业机器人的应用场景逐渐增加，对机器人的性能要求也逐步提升。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绝对精度和重复定位精度。

工业机器人在使用现场，通常需要装配、调试，以及可能需要更换关节或整机，机器人关节或整机发生更换后机器人的绝对精度会有偏差，为保证机器人的使用精度，需要对其进行标定。现有技术中，通常使用激光跟踪仪进行标定，但是激光跟踪仪成本高昂且不便于携带，进行标定的成本较高且程序复杂。

在实现本申请方案的过程中，申请人发现，现有技术中也存在通过使用机械工装的方式进行标定，通过工装上设置多个定位点，分别使得机器人到达多个定位点后，基于多组数据对机器人相关参数进行标定。但是，这种方法中，机器人需要进行多次点位的变换，机器人点位变换的过程中需要人工施力改变机器人位置，操作较为不便。

发明内容

本申请的目的在于提供一种机器人标定方法、标定组件及存储介质，以解决现有技术中对机器人进行现场标定时成本高、操作复杂的问题，提供一种易于操作、自动实现的标定过程。

为实现上述目标，本申请可采用如下技术方案：一种机器人标定方法，基于标定组件执行机器人标定，所述标定组件包括末端标定组件和底座标定组件，所述末端标定组件用于固定至机器人末端，所述底座标定组件用于固定至机器人底座，所述末端标定组件包括第一定位元件，所述底座标定组件包括与所述第一定位元件配合的第二定位元件，所述方法包括：机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，确定标定基准点；保持标定基准点的位置，机器人绕所述标定基准点旋转以改变姿态；获取机器人处于不同姿态的连杆参数以生成目标方程组，据此计算机器人连杆参数的误差值以完成标定。

进一步的，所述机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，确定标定基准点包括：机器人受外力运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，将所述第一定位元件和第二定位元件接触点确定为标定基准点。

进一步的，所述机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，确定标定基准点之前还包括：确定第二定位元件安装位置坐标，所述第二定位元件的安装位置与机器人原点呈预设关系。

进一步的，所述第一定位元件和所述第二定位元件分别形成为包括尖端点，所述机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触包括：机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件的尖端点接触。

进一步的，所述第一定位元件和所述第二定位元件的其中之一形成为至少部分的球体，其中另一形成为至少部分的凹球面以与所述球体配合，所述标定基准点为所述球体的球心。

进一步的，所述标定基准点为所述第一定位元件的工具中心点。

进一步的，所述获取机器人处于不同姿态的连杆参数以生成目标方程组之前还包括：确定机器人绝对精度的连杆参数变量为N，机器人绕所述标定基准点旋转生成目标方程组以解析所述连杆参数变量。

进一步的，所述机器人绕所述标定基准点旋转以改变姿态包括：保持第一定位元件与所述第二定位元件的接触，机器人绕所述标定基准点执行TCP运动以改变姿态。

本申请还可采用如下技术方案：一种机器人标定组件，用于对机器人进行标定，所述标定组件包括末端标定组件和底座标定组件，所述末端标定组件用于固定至机器人末端，所述底座标定组件用于固定至机器人底座，所述末端标定组件包括第一定位元件，所述底座标定组件包括与所述第一定位元件配合的第二定位元件，所述底座标定组件包括至少一个定位点以固定所述第二定位元件，所述第一定位元件和所述第二定位元件配合时用于确定标定基准点并固定标定基准点位置，所述机器人绕所述标定基准点旋转获取不同姿态信息生成目标方程组以完成标定。

进一步的，所述定位点和机器人原点之间的位置呈预设关系，根据所述机器人的原点坐标可获知所述定位点的坐标。

进一步的，所述第一定位元件偏心设置于所述末端标定组件，以使得所述机器人绕所述标定基准点旋转时可获得多个不同姿态。

进一步的，所述第一定位元件和第二定位元件分别形成为包括尖端点的元件，所述第一定位元件和第二定位元件的尖端点接触以确定标定基准点，所述第一定位元件和第二定位元件的接触点为标定基准点。

本申请还可采用如下技术方案：一种计算机存储介质，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前文中任一项所述的方法。

与现有技术相比，本申请具体实施方式的有益效果在于：机器人在标定过程中，根据确定标定基准点的位置，改变机器人的姿态获取相关参数信息进行标定，用户只需在初始时将机器人拖动以确定标定基准点位置，机器人可以自行运动，自行获取参数后实现标定过程，标定过程实现比较简单、快速，无需使用激光跟踪仪，简化标定设备，降低了标定成本。

附图说明

图1是本发明一个实施例的机器人标定方法应用环境的示意图

图2是本发明一个实施例的机器人标定方法的示意图

图3是本发明一个实施例的标定组件的示意图

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本发明的实施例。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不是用于穷举本发明的所有可行方式，更不是用于限制本发明的具体实施范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”、“竖向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述或简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造、安装及操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请保护一种机器人标定方法，参图1，图1示出了一个具体的实施例中机器人标定方法的应用环境，也即，示出了一个包括机器人10和标定组件的机器人标定系统，机器人10包括底座11、关节13、连杆12，机器人10的底座11用于将机器人10固定连接至安装平台，机器人10的末端14，也即工具端，包括末端法兰以连接工作工具或其他工具。参图3，标定组件20包括末端标定组件21和底座标定组件22，末端标定组件21用于连接至机器人末端，底座标定组件22用于固定至机器人底座11，示例性的，底座标定组件22包括与机器人底座11配合的锁定件以固定底座标定组件22和机器人底座的相对位置，末端标定组件21包括与机器人末端法兰配合的连接件以将所述末端标定组件21连接至机器人末端。示例性的，所述标定组件20可以形成为标定工装，工程上使用工装辅助装配或者校准；示例性的，所述末端标定组件21也可以形成为机器人使用的工具，利用工具与底座标定组件22的配合实现对机器人10的标定，所述末端标定组件21包括第一定位元件211，所述底座标定组件22包括与所述第一定位元件211配合的第二定位元件221。

参图2，图2示例性的给出了机器人10标定方法的示意图，所述方法包括：

S1、机器人运动以使得第一定位元件211和第二定位元件221接触，确定标定基准点；

示例性的，在对机器人进行装配或者组成器件的更换后，机器人的绝对精度发生变化，需要对机器人进行标定。在使用机器人前，机器人的末端14安装末端标定组件21，机器人的底座与底座标定组件22固定连接，机器人受力运动，使得末端标定组件的第一定位元件和底座第一定位元件的第二定位元件221接触，通过第一定位元件211和第二定位元件221的接触状态，确定标定基准点。所述标定基准点是机器人后续执行标定运动过程的基础。其中，机器人10执行标定时，用户拖动机器人10以使得第一定位元件和第二定位元件221接触，两者接触后机器人10记录标定基准点，可理解的，用户可以通过示教设备或者其他方式辅助机器人确定标定基准点位置。具体的，根据第一定位元,211和第二定位元件221的接触以确定标定基准点的位置，示例性的，所述第一定位元件211和第二定位元件221具有端部，根据第一定位元件211和第二定位元件221的端部接触以确定标定基准点的位置。所述第二定位元件221安装于所述底座标定组件22，示例性的，所述底座标定组件22包括定位点222，所述第二定位元件221安装于所述定位点222，机器人10具有原点坐标，例如，例如，底座标定组件22上设置原点位置，将机器人的原点对准底座标定组件22的原点位置安装，底座标定组件22上的定位点222位置固定，所述定位点222位置与原点位置呈现预设关系，即当机器人安装于底座标定组件时，第二定位元件221安装位置坐标与原点坐标之间呈预设关系，示例性的，所述第二定位元件221安装位置与所述原点处于同一直线上，两者之间呈现预设距离，机器人的原点位置为预知量，根据机器人的原点位置可以获知定位点222的坐标，也即或者第二定位元件221的坐标，进而根据第一定位元件211和第二定位元件221的接触确定标定基准点的坐标，标定基准点的坐标是一个基于机器人原点坐标的准确值，进而根据准确的标定基准点的坐标对机器人连杆参数进行标定。示例性的，定位点的位置精度可以通过机械制造装配保证，例如，可以通过制造底座标定组件时，设置定位点相对于原点的预设位置关系，通过制造精度可以保证定位点和原点之间满足预设关系；或者，可以基于制造完成的底座标定组件，基于激光跟踪仪等辅助设备确定定位点和原点之间的预设关系，进而根据原点信息能够得到准确的定位点位置信息。当机器人绕标定基准点旋转时，标定基准点的空间位置始终恒定，机器人的姿态发生变化进而得到多组姿态信息，生成目标方程组以解算连杆参数。

示例性的，所述第一定位元件211偏心设置于所述末端标定组件21，以使得所述机器人旋转时，第一定位元件211能够保持标定基准点的位置不变，姿态发生变化，进而得到机器人10多个不同姿态的信息。

S2、保持标定基准点位置，机器人绕所述标定基准点旋转以改变姿态；

具体的，当确定标定基准点之后，保持第一定位元件211和第二定位元件221的接触状态，标定基准点在空间中的位置不发生变化，使得机器人绕所述标定基准点旋转，机器人旋转过程中标定基准点的位置不变，机器人的姿态发生变化，将标定基准点的位置作为参考，对机器人进行标定。

S3、获取机器人处于不同姿态的连杆参数以生成目标方程组，据此计算机器人连杆参数的误差值以完成标定。

具体的，机器人绕标定基准点旋转后处于不同的姿态，当机器人的姿态变化后，获取机器人处于不同姿态的连杆参数以生成目标方程组，通过解算目标方程组以获取机器人连杆参数的误差值以完成标定。

具体的，机器人的连杆12用于连接相邻关节13，机器人的连杆参数包括连杆长度、连杆转角、连杆偏距、关节角等参数，当机器人制造完成时，通过对于机器人模型的建构获得了连杆参数的理论值，机器人经过重新装配或者更换零部件后，实际连杆参数相较于理论值产生偏移，将标定基准点作为参考位置，确定标定基准点的坐标，基于机器人不同姿态获取机器人处于不同姿态的目标方程组，通过解算目标方程组得到连杆参数的实际值，进而确定连杆参数的误差值对连杆参数进行标定，实现对机器人绝对精度的标定。

其中，S1中，所述机器人运动以使得第一定位元件211和第二定位元件221接触，确定标定基准点包括：机器人受外力运动使得第一定位元件211和第二定位元件221接触，将所述第一定位元件211和第二定位元件221接触点确定为标定基准点。具体的，第一定位元件211和第二定位元件221的端点接触，保持第一定位元件211和第二定位元件221的接触状态，第一定位元件211和第二定位元件221的接触点为标定基准点，机器人10能够绕标定基准点旋转。具体的，第一定位元件211和第二定位元件221分别形成为包括尖端点，所述机器人运动以使得第一定位元件211和第二定位元件221接触包括，机器人10运动以使得第一定位元件211和第二定位元件221的尖端点接触。示例性的，第一定位元件211和第二定位元件221可以形成为顶针结构，以使得第一定位元件211和第二定位元件221包括尖端点。在另一具体的实施例中，所述第一定位元件211和所述第二定位元件221其中之一形成为至少部分的球体，其中另一形成为至少部分的凹球面以与所述球体配合，从而使得所述第一定位元件211能够和第二定位元件221配合，当第一定位元件211和第二定位元件221配合时，所述球体嵌入所述凹球面，第一定位元件211和第二定位元件221接触且相对位置得到确定，此时，标定基准点为所述球体的球心，当机器人10绕所述标定基准点旋转时，即所述机器人绕所述球体的球心旋转时，所述球体和凹球面的接触位置发生变化，机器人的姿态发生变化，标定基准点的位置不变，以使得机器人运动过程中将标定基准点作为参考点对机器人进行标定。

在一个具体的实施例中，所述标定基准点为所述第一定位元件211的工具中心点，所述机器人10绕所述标定基准点改变姿态包括：保持第一定位元件211与所述第二定位元件221的接触，机器人绕所述标定基准点旋转运动，即机器人绕工具中心点运动，即机器人绕所述标定基准点执行TCP运动以改变姿态。当机器人10执行TCP运动时，机器人能够自动绕标定基准点运动，且在运动过程中采集不同姿态的信息，无需用户进行机器人姿态的调整，同时，机器人执行TCP运动时，机器人的姿态发生变化，机器人各关节得到运动，且标定基准点的位置不变，能够基于标定基准点位置对机器人进行标定。同时，机器人通常被配置为具有TCP点，能够绕TCP点执行TCP运动，即机器人通过获取工具中心点的位置，机器人绕旋转中心点运动，通过将机器人10绕工具中心点的运动与标定过程相结合，能够简化标定过程的设计，简化标定过程的实现，无需额外定义标定过程机器人的运行逻辑。

其中，所述获取机器人10处于不同姿态的连杆参数以生成目标方程组之前还包括：确定机器人绝对精度的连杆参数变量为N，机器人绕所述标定基准点旋转以至少具有N个不同姿态。即确定机器人的连杆参数变量为N，可选的，可以通过示教设备选定需要标定的连杆参数变量，从而进一步确定连杆参数变量，简化标定过程，当确定连杆参数变量后，机器人绕所述标定基准点旋转以具有多个不同姿态，进而生成多个目标方程组，所述方程组的数量与所述连杆参数变量的数量相关，示例性的，通过一个方程组能够解算3个连杆参数变量，例如当连杆参数变量数量为17时，则需要6个方程组以解算所有连杆参数变量，示例性的，需要机器人至少6个不同姿态的信息以生成相应的方程组。示例性的，连杆参数变量的数量根据具体的应用场景进行确定，所述连杆参数变量的数量可以小于机器人实际的连杆参数变量的数量。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，利用连杆参数的误差值对机器人的连杆参数进行标定。

在一个具体的实施例中，所述标定方法包括，改变第二定位元件221的位置，重复S1-S3，确定两次标定的结果的误差，当所述误差小于一预设阈值时，确认机器人的标定结果可以被采信。

以上优选实施例的有益效果在于：通过基于标定基准点旋转，基于机器人不同姿态的连杆参数生成目标方程组，实现对机器人的标定，该方式实现容易，无需使用复杂的标定设备，标定过程用户参与度较低，标定过程快速。

在一个具体的实施例中，本申请还提供一种机器人标定组件，用于对机器人10进行标定，所述标定组件可以用于配合机器人10实现前文中所述的机器人标定方法，所述标定组件包括末端标定组件21和底座标定组件22，所述末端标定组件21用于固定至机器人末端，所述底座标定组件22用于固定至机器人底座，所述末端标定组件21包括第一定位元件211，所述底座第一定位元件211包括与所述第一定位元件211配合的第二定位元件221，所述底座标定组件22包括至少一个定位点222以固定所述第二定位元件221，所述第一定位元件211和所述第二定位元件221配合时用于确定标定基准点并固定标定基准点位置，所述机器人绕所述标定基准点旋转获取不同姿态信息以生成目标方程组以完成标定。

其中，在一个具体的实施例中，所述标定基准点为所述第一定位元件211和定位点222的接触点，所述第一定位元件211和第二定位元件221分别形成为包括尖端点的元件，所述第一定位元件211和第二定位元件221的尖端点接触以确定标定基准点，示例性的，所述第一定位元件211和第二定位元件221可分别形成为顶针结构以具有尖端点。或者，第一定位元件211和第二定位元件221也可形成为其他结构，只要能够基于第一定位元件211和第二定位元件221确定标定基准点的位置即可，所述标定基准点的位置是标定的参考点，机器人执行旋转运动绕所述标定基准点运动。

第二定位元件221通过定位点222安装于所述底座标定组件22，机器人和底座标定组件22固定安装，所述底座标定组件22包括原点位置以和机器人的原点对准安装，定位点222和原点位置之间呈预设关系，当机器人安装于所述底座标定组件22时，所述定位点222和机器人原点之间的位置呈预设关系，根据机器人的原点坐标可以得到定位点222的坐标，进而据此获得标定基准点的坐标。机器人的原点坐标为准确的坐标，基于此得到的标定基准点坐标可以认为是准确的坐标，根据标定基准点对机器人的连杆参数进行标定。示例性的，所述预设关系可以为：处于同一直线上，且两者之间的距离为已知值。

在一个具体的实施例中，所述第一定位元件211偏心设置于所述末端标定组件21，以使得所述机器人绕所述标定基准点旋转时，所述机器人获得多个不同的姿态，进而机器人可基于不同的姿态得到多组目标方程组解算连杆参数变量。

优选的，所述底座标定组件22包括两个定位点222，其中一个定位点222用于对机器人进行标定，第二定位元件221固定于所述定位点222，机器人基于第一定位元件211和第二定位元件221确定的标定基准点旋转运动以具有多个不同姿态，进而实现对机器人的标定。其中另一个定位点用于对标定结果进行校验，当机器人实施一遍标定方法获得标定结果后，更换第二定位元件221至另一个定位点，重新实施一遍标定方法以再次获得标定结果，比较两次标定结果的误差是否小于预设阈值进而确定标定结果的准确性。通过更换定位点，机器人两次标定过程的数据差异性大，更有利于发现标定过程中的误差。通过标定组件实现标定方法的过程已在前文中展开叙述，对于标定组件的工作过程仍然适用，此处不再赘述。

最后还需要指出，由于文字表达的有限性，上述说明仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明并不限于所披露的各实施方式，在不偏离上述示例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员来说还可以作若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应以权利要求为准。

Claims (9)

1.一种机器人标定方法，基于标定组件执行机器人标定，其特征在于，所述标定组件包括末端标定组件和底座标定组件，所述末端标定组件用于固定至机器人末端，所述底座标定组件用于固定至机器人底座，所述末端标定组件包括第一定位元件，所述底座标定组件包括与所述第一定位元件配合的第二定位元件，所述方法包括：

机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，确定标定基准点；

保持标定基准点的位置，机器人绕所述标定基准点旋转以改变姿态；

获取机器人处于不同姿态的连杆参数以生成目标方程组，据此计算机器人连杆参数的误差值以完成标定；

所述机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，确定标定基准点之前还包括：确定第二定位元件安装位置坐标，所述第二定位元件的安装位置与机器人原点呈预设关系；

所述第一定位元件偏心设置于所述末端标定组件，以使得所述机器人绕所述标定基准点旋转时可获得多个不同姿态。

2.根据权利要求1所述的机器人标定方法，其特征在于，所述机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，确定标定基准点包括：

机器人受外力运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触，将所述第一定位元件和第二定位元件接触点确定为标定基准点。

3.根据权利要求1所述的机器人标定方法，其特征在于，所述第一定位元件和所述第二定位元件分别形成为包括尖端点，所述机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件接触包括：机器人运动以使得第一定位元件和第二定位元件的尖端点接触。

4.根据权利要求1所述的机器人标定方法，其特征在于，所述第一定位元件和所述第二定位元件的其中之一形成为至少部分的球体，其中另一形成为至少部分的凹球面以与所述球体配合，所述标定基准点为所述球体的球心。

5.根据权利要求1所述的机器人标定方法，其特征在于，所述标定基准点为所述第一定位元件的工具中心点。

6.根据权利要求1所述的机器人标定方法，其特征在于，所述机器人绕所述标定基准点旋转以改变姿态包括：保持第一定位元件与所述第二定位元件的接触，机器人绕所述标定基准点执行TCP运动以改变姿态。

7.一种机器人标定组件，用于对机器人进行标定，其特征在于，所述标定组件包括末端标定组件和底座标定组件，所述末端标定组件用于固定至机器人末端，所述底座标定组件用于固定至机器人底座，所述末端标定组件包括第一定位元件，所述底座标定组件包括与所述第一定位元件配合的第二定位元件，所述底座标定组件包括至少一个定位点以固定所述第二定位元件，所述第一定位元件和所述第二定位元件配合时用于确定标定基准点并固定标定基准点位置，所述机器人绕所述标定基准点旋转获取不同姿态信息生成目标方程组以完成标定；所述定位点和机器人原点之间的位置呈预设关系，根据所述机器人的原点坐标可获知所述定位点的坐标；所述第一定位元件偏心设置于所述末端标定组件，以使得所述机器人绕所述标定基准点旋转时可获得多个不同姿态。

8.根据权利要求7所述的标定组件，其特征在于，所述第一定位元件和第二定位元件分别形成为包括尖端点的元件，所述第一定位元件和第二定位元件的尖端点接触以确定标定基准点，所述第一定位元件和第二定位元件的接触点为标定基准点。

9.一种计算机存储介质，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1-6中任一项所述的方法。