CN114905511A - 一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法 - Google Patents

一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114905511A
CN114905511A CN202210511730.2A CN202210511730A CN114905511A CN 114905511 A CN114905511 A CN 114905511A CN 202210511730 A CN202210511730 A CN 202210511730A CN 114905511 A CN114905511 A CN 114905511A
Authority
CN
China
Prior art keywords
small
binocular vision
coordinate system
field binocular
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210511730.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114905511B (zh
Inventor
李鹏程
王忠康
张奇
田威
叶昶君
刘明轩
张嘉伟
钱晓硕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN202210511730.2A priority Critical patent/CN114905511B/zh
Publication of CN114905511A publication Critical patent/CN114905511A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114905511B publication Critical patent/CN114905511B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1669—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by special application, e.g. multi-arm co-operation, assembly, grasping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Abstract

本发明公开了一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，通过大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器观测下工件，得出待装配上工件装配完毕时的主机器人法兰相对于基坐标系的转换关系，实现对工业机器人的装配理论位置进行标定，从而能够提高工业机器人的装配精度和装配效率。

Description

一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法
技术领域
本发明涉及机器人高精度装配标定技术领域，具体涉及一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法。
背景技术
航空航天工业作为国家的战略性产业，是经济、科技与国防的重要保障力量，然而我国制造业整体大而不强，在高端装备制造领域与国外相比有较大差距，国外航空航天工业巨头近年来逐渐发展自动化生产装备，缩短制造周期。工业机器人凭借其高度柔性化、低成本、高工作空间/占地面积比的优点，在航空航天领域有着广泛的运用，逐渐成为飞机钻孔、铆接、铣削、铺丝和铺带等领域的首要解决方案。国外先进战斗机F-22、F-35，大型客机A380，B787，在其生产制造过程中，均已开始使用以工业机器人为主体的柔性自动化加工生产线，对飞机机身、机翼等大部件加工，大大提高了制造的效率、加工质量，也降低了成本。
然而，我国航空航天工业起步较晚，没有深厚的技术储备，虽然引进部分国外高精尖设备，但是尖端技术被国外航空航天巨头垄断，国内技术得不到发展，长期处于手工操作的低效率低精度模式，难以满足日益剧增的产量需求和质量要求。我国的工业机器人主要应用于一些精度不高的场合，如焊接、搬运、喷漆等危险系数高、任务繁重、工作环境恶劣的低端领域。然而，航空航天制造业中的飞机大部件加工与装配往往需要很高的精度，由于机器人整体精度低，导致装配精度难以得到保证。
从国外飞机先进制造技术的大量运用可以看出，工业机器人高精度装配装备已经逐渐成为航空航天工业领域的一项重要角色，为了缩短我国与国外航空航天工业巨头的差距，有必要对工业机器人高精度装配技术进行深入研究。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明提出了一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，以解决背景技术中提出的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，包括以下步骤：
S1：建立工业机器人装配误差在线检测与精度补偿系统，包括一台主机器人、两台辅助机器人、两台小视场双目视觉传感器、两套辅助光源、一台大视场双目视觉测量设备、待装配上下工件、固定工件的工装、夹爪以及配套结构件；
S2：通过大视场双目视觉测量设备建立主机器人的基坐标系；
S3：在S2的基础上，通过大视场双目视觉测量设备与两台小视场双目视觉传感器同时观测特定靶标点标定板，建立主机器人基坐标系与两台小视场双目视觉传感器之间的坐标转换关系、两台小视场双目视觉传感器之间的坐标转换关系；
S4：主机器人将待装配上工件移动至大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器的共同观测范围内，标定待装配上工件与主机器人法兰盘之间的坐标转换关系；
S5：主机器人将待装配工件移出大小视场双目视觉测量设备的共同观测范围，通过大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器观测下工件，得出待装配上工件装配完毕时的主机器人法兰相对于基坐标系的转换关系，即装配理论位置。
进一步的，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：主机器人末端连接夹爪，负责夹取待装配的上工件；两台辅助机器人分别在末端连接小视场双目视觉传感器与辅助光源；大视场双目视觉测量设备安装在较长的立柱的顶部，观测范围可以覆盖三台机器人的运动空间；下工件通过工装固定在地面，保持固定不动；
S12：两台辅助机器人通过人工示教确定末端位置，保证末端连接的小视场双目视觉传感器能够分别观测到下工件的特征孔位的同时，不会与主机器人夹持的上工件发生干涉；此后两台辅助机器人末端位置保持不动。
进一步的，步骤S2具体包括以下步骤：
S21：主机器人末端连接夹爪，夹爪抓取上工件及配套工装，在上工件或工装上粘贴至少5个靶标点；在较大的角度范围内移动主机器人A1、A2轴，保证现场不发生干涉的同时，确保大视场双目视觉测量设备在能够连续同时观测到至少5个靶标点；
S22：将主机器人末端移动至Home位置，若不能则将其移动至接近Home位置，使用大视场双目视觉测量设备对靶标点进行观测，记录靶标点在测量设备坐标系下的坐标值，之后转动A1轴微小角度，再次进行观测记录，如此反复进行，采集50组数据后将主机器人末端移动至Home位置，转动A2轴重复上述操作，同样采集50组数据；
S23：将步骤S22获取的坐标数据进行最小二乘圆拟合，分别拟合得到绕A1轴圆，绕A2轴圆；
S24：利用步骤S23得到的A1轴拟合圆，A2轴拟合圆建立主机器人基坐标系，得到主机器人基坐标系在大视场双目视觉测量设备下的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000031
进一步的，步骤S3具体包括以下步骤：
S31：制作靶标点标定板，应保证粘贴的靶标点不少于5个，其中至少3个可以被小视场双目视觉传感器识别；靶标点标定板应为刚性，不易发生变形；
S32：将步骤S31的靶标点标定板放置在一号辅助机器人连接的一号小视场双目视觉传感器测量范围内，调整靶标点标定板位置，保证至少3个靶标点可以被小视场双目视觉传感器识别，至少5个可以被大视场双目视觉测量设备识别；
S33：使用一号小视场双目视觉传感器测量靶标点标定板，得出靶标点标定板相对于一号小视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000032
S34：使用大视场双目视觉测量设备观测靶标点标定板，得出靶标点相对于大视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000033
S35：在步骤S2、步骤S33与步骤S34的基础上，计算得出一号小视场双目视觉测量设备相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000034
Figure BDA0003639588710000035
S36：对二号小视场双目视觉测量设备采取步骤S32至步骤S35的同样操作，计算得出二号小视场双目视觉测量设备相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000036
Figure BDA0003639588710000037
S37：在步骤S35与步骤S36的基础上，计算得出二号小视场双目测量设备相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000038
Figure BDA0003639588710000039
进一步的，步骤S33使用一号小视场双目视觉传感器测量靶标点标定板，得出靶标点标定板相对于一号小视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure BDA00036395887100000310
具体包括以下步骤：
S331：选定一号小视场双目视觉传感器视野下的靶标点标定板上的固定一点作为靶标点标定板坐标系的原点，距离原点最近的点作为坐标系X轴上的点，距离原点第二近的点作为XY平面上的点，按照此原则建立靶标点标定板坐标系；
S332：步骤S36中，二号小视场双目视觉传感器测量时，靶标点标定板坐标系的建立原则与S331一致，坐标系原点、X轴上的点、XY平面上的点与步骤S331保持一致。
进一步的，步骤S34中使用大视场双目视觉测量设备观测靶标点标定板，得出靶标点相对于大视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000041
具体包括以下步骤：
S341：使用大视场双目视觉测量设备观测靶标点标定板，获取至少5个靶标点在大视场双目视觉测量设备坐标系下的点位信息，在至少5个点中选取与步骤S331保持一致的坐标系原点、X轴上的点、XY平面内的点作为坐标系建立依据；
S342：步骤S36中，大视场双目视觉传感器测量时，靶标点标定板坐标系的建立原则与S341一致，坐标系原点、X轴上的点、XY平面上的点与步骤S341保持一致。
进一步的，步骤S4具体包括以下步骤：
S41：主机器人抓取待装配上工件，将上工件两端的特征孔移动至两个小视场双目视觉测量设备观测视野下，保证每个小视场双目视觉测量设备至少能观测到3个特征孔；
S42：使用两个小视场双目视觉测量设备分别测量上工件特征孔，得出特征孔相对于小视场双目视觉测量设备的转换关系
Figure BDA0003639588710000042
S43：根据步骤S37，将所有的特征孔坐标转换至一号小视场双目测量设备坐标系下，记p为二号小视场双目测量设备观测到的特征点，p'为转换至一号小视场双目测量设备坐标系下的点，其满足以下关系：
Figure BDA0003639588710000043
S44：将所有的特征孔点位利用最小二乘算法拟合平面，将计算出的平面法向量单位化，作为上工件坐标系的Z轴AxisZ，选取一号小视场双目测量设备观测范围内的一点为O1点，选取二号小视场双目测量设备观测范围内的一点为O2点(O2点已经步骤S43转换至一号小视场双目测量设备坐标系下)，则定义上工件坐标系X轴AxisX为：
Figure BDA0003639588710000044
其中，
Figure BDA0003639588710000045
表示从O1点出发，指向O2点的向量
上工件坐标系Y轴AxisY为：
AxisY＝AxisZ×AxisX
根据上述上工件坐标系建立原则，可计算当前上工件坐标系相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000046
S45：读取主机器人当前位置的x，y，z，a，b，c，得出主机器人法兰相对于基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000051
根据步骤S44、步骤S35，可计算上工件坐标系相对于主机器人法兰盘的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000052
如下：
Figure BDA0003639588710000053
进一步的，步骤S5具体包括以下步骤：
S51：主机器人抓取待装配上工件，移出两台小视场双目测量设备与大视场双目测量设备的检测范围，使用两台小视场双目测量设备分别测量其检测区域内的下工件特征孔，得到特征孔相对于小视场双目视觉测量设备的转换关系
Figure BDA0003639588710000054
S52：根据步骤S37，将所有的下工件特征孔坐标转换至一号小视场双目测量设备坐标系下，记p为二号小视场双目测量设备观测到的特征点，p'为转换至一号小视场双目测量设备坐标系下的点，其满足以下关系：
Figure BDA0003639588710000055
S53：将所有的特征孔点位利用最小二乘算法拟合平面，将计算出的平面法向量单位化，作为下工件坐标系的Z轴AxisZ，根据步骤S44选取的O1点与O2点，选择与其装配对应的特征孔O1'点与O2'点，定义下工件坐标系X轴AxisX为：
Figure BDA0003639588710000056
其中，
Figure BDA0003639588710000057
表示从O1'点出发，指向O2'点的向量
下工件坐标系Y轴AxisY为：
AxisY＝AxisZ×AxisX
根据上工件坐标系建立原则，计算当前下工件坐标系相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000058
S54：根据实际上工件厚度值Δz，计算在上工件与下工件装配完毕的理想情况下，理想的上工件相对于下工件的坐标转换关系
Figure BDA0003639588710000059
Figure BDA0003639588710000061
S55：根据步骤S54，计算在上工件与下工件装配完毕的理想情况下，理想的上工件相对于一号小视场双目检测装置的坐标转换关系
Figure BDA0003639588710000062
如下：
Figure BDA0003639588710000063
S56：根据步骤S55、步骤S45、步骤S35，计算在上工件与下工件装配完毕时，主机器人法兰盘理想位置相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000064
Figure BDA0003639588710000065
(三)有益效果
本发明通过大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器观测下工件，得出待装配上工件装配完毕时的主机器人法兰相对于基坐标系的转换关系，实现对工业机器人的装配理论位置进行标定，从而能够提高工业机器人的装配精度和装配效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明面向的工业机器人装配误差检测与精度补偿系统的总体布局图；
图2为本发明中标定主机器人基坐标系的原理示意图；
图3为本发明中标定主机器人基坐标、两台小视场双目视觉传感器之间转换关系的原理示意图；
图4为本发明标定待装配上工件与主机器人法兰盘之间的坐标转换关系原理示意图；
图5为本发明中使用小视场双目视觉传感器测量下工件特征孔的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，作为本发明的一个实施例，包括以下步骤：S1，建立工业机器人装配误差在线检测与精度补偿系统硬件组态；包含一台主机器人、两台辅助机器人、两台小视场双目视觉传感器、两套辅助光源、一台大视场双目视觉测量设备、待装配上下工件、固定工件的工装、夹爪以及配套结构件等完成系统硬件搭建；
如图1所示，主机器人末端连接夹爪，负责夹取待装配的上工件；两台辅助机器人分别在末端连接小视场双目视觉传感器与辅助光源；大视场双目视觉测量设备安装在较长的立柱的顶部，观测范围可以覆盖三台机器人的运动空间；下工件通过工装固定在地面，保持固定不动；两台辅助机器人通过人工示教确定末端位置，保证末端连接的小视场双目视觉传感器能够分别观测到下工件的特征孔位的同时，不会与主机器人夹持的上工件发生干涉；此后两台辅助机器人末端位置保持不动；
S2，通过大视场双目视觉测量设备建立主机器人的基坐标系；
如图2所示，主机器人末端连接夹爪，夹爪抓取上工件及配套工装，在上工件或工装上粘贴至少5个靶标点；在较大的角度范围内移动主机器人A1、A2轴，保证现场不发生干涉的同时，确保大视场双目视觉测量设备在能够连续同时观测到至少5个靶标点；
将主机器人末端移动至Home位置，若不能则将其移动至接近Home位置，使用大视场双目视觉测量设备对靶标点进行观测，记录靶标点在测量设备坐标系下的坐标值，之后转动A1轴微小角度，再次进行观测记录，如此反复进行，采集50组数据后将主机器人末端移动至Home位置，转动A2轴重复上述操作，同样采集50组数据；
将获取的坐标数据进行最小二乘圆拟合，分别拟合得到绕A1轴圆，绕A2轴圆；利用A1轴拟合圆，A2轴拟合圆建立主机器人基坐标系，得到主机器人基坐标系在大视场双目视觉测量设备下的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000071
S3，在S2的基础上，通过大视场双目视觉测量设备与两台小视场双目视觉传感器同时观测特定靶标点标定板，建立主机器人基坐标系与两台小视场双目视觉传感器之间的坐标转换关系、两台小视场双目视觉传感器之间的坐标转换关系；
如图3所示，制作靶标点标定板，应保证粘贴的靶标点不少于5个，其中至少3个可以被小视场双目视觉传感器识别；靶标点标定板应为刚性，不易发生变形；
将靶标点标定板放置在一号辅助机器人连接的一号小视场双目视觉传感器测量范围内，调整靶标点标定板位置，保证至少3个靶标点可以被小视场双目视觉传感器识别，至少5个可以被大视场双目视觉测量设备识别；
选定一号小视场双目视觉传感器视野下的靶标点标定板上的固定一点作为靶标点标定板坐标系的原点，距离原点最近的点作为坐标系X轴上的点，距离原点第二近的点作为XY平面上的点，按照此原则建立靶标点标定板坐标系；
使用一号小视场双目视觉传感器测量靶标点标定板，得出靶标点标定板相对于一号小视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000081
使用大视场双目视觉测量设备观测靶标点标定板，得出靶标点相对于大视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000082
计算得出一号小视场双目视觉测量设备相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000083
Figure BDA0003639588710000084
对二号小视场双目视觉测量设备同样操作，计算得出二号小视场双目视觉测量设备相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000085
Figure BDA0003639588710000086
在公式(1)与公式(2)的基础上，计算得出二号小视场双目测量设备相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000087
Figure BDA0003639588710000088
S4，主机器人将待装配上工件移动至大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器的共同观测范围内，标定待装配上工件与主机器人法兰盘之间的坐标转换关系；
如图4所示，主机器人抓取待装配上工件，将上工件两端的特征孔移动至两个小视场双目视觉测量设备观测视野下，保证每个小视场双目视觉测量设备至少能观测到3个特征孔；
使用两个小视场双目视觉测量设备分别测量上工件特征孔，得出特征孔相对于小视场双目视觉测量设备的转换关系
Figure BDA0003639588710000089
根据公式(3)，将所有的特征孔坐标转换至一号小视场双目测量设备坐标系下，记p为二号小视场双目测量设备观测到的特征点，p'为转换至一号小视场双目测量设备坐标系下的点，其满足以下关系：
Figure BDA00036395887100000810
将所有的特征孔点位利用最小二乘算法拟合平面，将计算出的平面法向量单位化，作为上工件坐标系的Z轴AxisZ，选取一号小视场双目测量设备观测范围内的一点为O1点，选取二号小视场双目测量设备观测范围内的一点为O2点(O2点已经步骤S43转换至一号小视场双目测量设备坐标系下)，则定义上工件坐标系X轴AxisX为：
Figure BDA0003639588710000091
上工件坐标系Y轴AxisY为：
AxisY＝AxisZ×AxisX (6)
根据上述上工件坐标系建立原则，可计算当前上工件坐标系相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000092
读取主机器人当前位置的x，y，z，a，b，c，得出主机器人法兰相对于基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000093
根据公式(1)，可计算上工件坐标系相对于主机器人法兰盘的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000094
如下：
Figure BDA0003639588710000095
S5，主机器人将待装配工件移出大小视场双目视觉测量设备的共同观测范围，通过大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器观测下工件，得出待装配上工件装配完毕时的主机器人法兰相对于基坐标系的转换关系，即装配理论位置；
如图5所示，主机器人抓取待装配上工件，移出两台小视场双目测量设备与大视场双目测量设备的检测范围，使用两台小视场双目测量设备分别测量其检测区域内的下工件特征孔，得到特征孔相对于小视场双目视觉测量设备的转换关系
Figure BDA0003639588710000096
根据公式(3)，将所有的下工件特征孔坐标转换至一号小视场双目测量设备坐标系下，记p为二号小视场双目测量设备观测到的特征点，p'为转换至一号小视场双目测量设备坐标系下的点，其满足以下关系：
Figure BDA0003639588710000097
将所有的特征孔点位利用最小二乘算法拟合平面，将计算出的平面法向量单位化，作为下工件坐标系的Z轴AxisZ，根据公式(5)选取的O1点与O2点，选择与其装配对应的特征孔O1'点与O2'点，定义下工件坐标系X轴AxisX为：
Figure BDA0003639588710000101
下工件坐标系Y轴AxisY为：
AxisY＝AxisZ×AxisX (10)
根据上述上工件坐标系建立原则，可计算当前下工件坐标系相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000102
根据实际上工件厚度值Δz，可计算在上工件与下工件装配完毕的理想情况下，理想的上工件相对于下工件的坐标转换关系
Figure BDA0003639588710000103
Figure BDA0003639588710000104
根据公式(11)，可计算在上工件与下工件装配完毕的理想情况下，理想的上工件相对于一号小视场双目检测装置的坐标转换关系
Figure BDA0003639588710000105
如下：
Figure BDA0003639588710000106
根据公式(1)、公式(12)、公式(7)，可计算在上工件与下工件装配完毕时，主机器人法兰盘理想位置相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure BDA0003639588710000107
Figure BDA0003639588710000108
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立工业机器人装配误差在线检测与精度补偿系统，包括一台主机器人、两台辅助机器人、两台小视场双目视觉传感器、两套辅助光源、一台大视场双目视觉测量设备、待装配上下工件、固定工件的工装、夹爪以及配套结构件；
S2：通过大视场双目视觉测量设备建立主机器人的基坐标系；
S3：在S2的基础上，通过大视场双目视觉测量设备与两台小视场双目视觉传感器同时观测特定靶标点标定板，建立主机器人基坐标系与两台小视场双目视觉传感器之间的坐标转换关系、两台小视场双目视觉传感器之间的坐标转换关系；
S4：主机器人将待装配上工件移动至大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器的共同观测范围内，标定待装配上工件与主机器人法兰盘之间的坐标转换关系；
S5：主机器人将待装配工件移出大小视场双目视觉测量设备的共同观测范围，通过大视场双目视觉测量设备、小视场双目视觉传感器观测下工件，得出待装配上工件装配完毕时的主机器人法兰相对于基坐标系的转换关系，即装配理论位置。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：主机器人末端连接夹爪，负责夹取待装配的上工件；两台辅助机器人分别在末端连接小视场双目视觉传感器与辅助光源；大视场双目视觉测量设备安装在较长的立柱的顶部，观测范围可以覆盖三台机器人的运动空间；下工件通过工装固定在地面，保持固定不动；
S12：两台辅助机器人通过人工示教确定末端位置，保证末端连接的小视场双目视觉传感器能够分别观测到下工件的特征孔位的同时，不会与主机器人夹持的上工件发生干涉；此后两台辅助机器人末端位置保持不动。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：
S21：主机器人末端连接夹爪，夹爪抓取上工件及配套工装，在上工件或工装上粘贴至少5个靶标点；在较大的角度范围内移动主机器人A1、A2轴，保证现场不发生干涉的同时，确保大视场双目视觉测量设备在能够连续同时观测到至少5个靶标点；
S22：将主机器人末端移动至Home位置，若不能则将其移动至接近Home位置，使用大视场双目视觉测量设备对靶标点进行观测，记录靶标点在测量设备坐标系下的坐标值，之后转动A1轴微小角度，再次进行观测记录，如此反复进行，采集50组数据后将主机器人末端移动至Home位置，转动A2轴重复上述操作，同样采集50组数据；
S23：将步骤S22获取的坐标数据进行最小二乘圆拟合，分别拟合得到绕A1轴圆，绕A2轴圆；
S24：利用步骤S23得到的A1轴拟合圆，A2轴拟合圆建立主机器人基坐标系，得到主机器人基坐标系在大视场双目视觉测量设备下的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000021
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
S31：制作靶标点标定板，应保证粘贴的靶标点不少于5个，其中至少3个可以被小视场双目视觉传感器识别；靶标点标定板应为刚性，不易发生变形；
S32：将步骤S31的靶标点标定板放置在一号辅助机器人连接的一号小视场双目视觉传感器测量范围内，调整靶标点标定板位置，保证至少3个靶标点可以被小视场双目视觉传感器识别，至少5个可以被大视场双目视觉测量设备识别；
S33：使用一号小视场双目视觉传感器测量靶标点标定板，得出靶标点标定板相对于一号小视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000022
S34：使用大视场双目视觉测量设备观测靶标点标定板，得出靶标点相对于大视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000023
S35：在步骤S2、步骤S33与步骤S34的基础上，计算得出一号小视场双目视觉测量设备相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000024
Figure FDA0003639588700000025
S36：对二号小视场双目视觉测量设备采取步骤S32至步骤S35的同样操作，计算得出二号小视场双目视觉测量设备相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000026
Figure FDA0003639588700000027
S37：在步骤S35与步骤S36的基础上，计算得出二号小视场双目测量设备相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000028
Figure FDA0003639588700000029
5.根据权利要求4所述的一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，步骤S33使用一号小视场双目视觉传感器测量靶标点标定板，得出靶标点标定板相对于一号小视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure FDA00036395887000000210
具体包括以下步骤：
S331：选定一号小视场双目视觉传感器视野下的靶标点标定板上的固定一点作为靶标点标定板坐标系的原点，距离原点最近的点作为坐标系X轴上的点，距离原点第二近的点作为XY平面上的点，按照此原则建立靶标点标定板坐标系；
S332：步骤S36中，二号小视场双目视觉传感器测量时，靶标点标定板坐标系的建立原则与S331一致，坐标系原点、X轴上的点、XY平面上的点与步骤S331保持一致。
6.根据权利要求4所述的一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，步骤S34中使用大视场双目视觉测量设备观测靶标点标定板，得出靶标点相对于大视场双目视觉测量设备的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000031
具体包括以下步骤：
S341：使用大视场双目视觉测量设备观测靶标点标定板，获取至少5个靶标点在大视场双目视觉测量设备坐标系下的点位信息，在至少5个点中选取与步骤S331保持一致的坐标系原点、X轴上的点、XY平面内的点作为坐标系建立依据；
S342：步骤S36中，大视场双目视觉传感器测量时，靶标点标定板坐标系的建立原则与S341一致，坐标系原点、X轴上的点、XY平面上的点与步骤S341保持一致。
7.根据权利要求4述的一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
S41：主机器人抓取待装配上工件，将上工件两端的特征孔移动至两个小视场双目视觉测量设备观测视野下，保证每个小视场双目视觉测量设备至少能观测到3个特征孔；
S42：使用两个小视场双目视觉测量设备分别测量上工件特征孔，得出特征孔相对于小视场双目视觉测量设备的转换关系
Figure FDA0003639588700000032
S43：根据步骤S37，将所有的特征孔坐标转换至一号小视场双目测量设备坐标系下，记p为二号小视场双目测量设备观测到的特征点，p'为转换至一号小视场双目测量设备坐标系下的点，其满足以下关系：
Figure FDA0003639588700000033
S44：将所有的特征孔点位利用最小二乘算法拟合平面，将计算出的平面法向量单位化，作为上工件坐标系的Z轴AxisZ，选取一号小视场双目测量设备观测范围内的一点为O1点，选取二号小视场双目测量设备观测范围内的一点为O2点(O2点已经步骤S43转换至一号小视场双目测量设备坐标系下)，则定义上工件坐标系X轴AxisX为：
Figure FDA0003639588700000034
其中，
Figure FDA0003639588700000041
表示从O1点出发，指向O2点的向量
上工件坐标系Y轴AxisY为：
AxisY＝AxisZ×AxisX
根据上工件坐标系建立原则，可计算当前上工件坐标系相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000042
S45：读取主机器人当前位置的x，y，z，a，b，c，得出主机器人法兰相对于基坐标系的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000043
根据步骤S44、步骤S35，可计算上工件坐标系相对于主机器人法兰盘的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000044
如下：
Figure FDA0003639588700000045
8.根据权利要求1所述的一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法，其特征在于，步骤S5具体包括以下步骤：
S51：主机器人抓取待装配上工件，移出两台小视场双目测量设备与大视场双目测量设备的检测范围，使用两台小视场双目测量设备分别测量其检测区域内的下工件特征孔，得到特征孔相对于小视场双目视觉测量设备的转换关系
Figure FDA0003639588700000046
S52：根据步骤S37，将所有的下工件特征孔坐标转换至一号小视场双目测量设备坐标系下，记p为二号小视场双目测量设备观测到的特征点，p'为转换至一号小视场双目测量设备坐标系下的点，其满足以下关系：
Figure FDA0003639588700000047
S53：将所有的特征孔点位利用最小二乘算法拟合平面，将计算出的平面法向量单位化，作为下工件坐标系的Z轴AxisZ，根据步骤S44选取的O1点与O2点，选择与其装配对应的特征孔O1'点与O2'点，定义下工件坐标系X轴AxisX为：
Figure FDA0003639588700000048
其中，
Figure FDA0003639588700000049
表示从O1'点出发，指向O2'点的向量
下工件坐标系Y轴AxisY为：
AxisY＝AxisZ×AxisX
根据上工件坐标系建立原则，计算当前下工件坐标系相对于一号小视场双目测量设备的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000051
S54：根据实际上工件厚度值Δz，计算在上工件与下工件装配完毕的理想情况下，理想的上工件相对于下工件的坐标转换关系
Figure FDA0003639588700000052
Figure FDA0003639588700000053
S55：根据步骤S54，计算在上工件与下工件装配完毕的理想情况下，理想的上工件相对于一号小视场双目检测装置的坐标转换关系
Figure FDA0003639588700000054
如下：
Figure FDA0003639588700000055
S56：根据步骤S55、步骤S45、步骤S35，计算在上工件与下工件装配完毕时，主机器人法兰盘理想位置相对于主机器人基坐标系的转换矩阵
Figure FDA0003639588700000056
Figure FDA0003639588700000057
CN202210511730.2A 2022-05-12 2022-05-12 一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法 Active CN114905511B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210511730.2A CN114905511B (zh) 2022-05-12 2022-05-12 一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210511730.2A CN114905511B (zh) 2022-05-12 2022-05-12 一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114905511A true CN114905511A (zh) 2022-08-16
CN114905511B CN114905511B (zh) 2023-08-11

Family

ID=82766576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210511730.2A Active CN114905511B (zh) 2022-05-12 2022-05-12 一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114905511B (zh)

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102481691A (zh) * 2010-02-03 2012-05-30 松下电器产业株式会社 机器人系统的控制方法
US20150088311A1 (en) * 2013-09-26 2015-03-26 Canon Kabushiki Kaisha Robot calibrating apparatus and robot calibrating method, and robot apparatus and method of controlling robot apparatus
CN106272416A (zh) * 2016-08-29 2017-01-04 上海交通大学 基于力觉和视觉的机器人细长轴精密装配系统及方法
JP2017071033A (ja) * 2015-10-09 2017-04-13 キヤノン株式会社 作業用基準物体、作業用基準物体の製造方法、ロボットアームの調整方法、ビジョンシステム、ロボット装置、及び指標用部材
CN106625673A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 南京天祥智能设备科技有限公司 狭小空间装配系统及装配方法
CN107283425A (zh) * 2017-06-20 2017-10-24 巨轮（广州）机器人与智能制造有限公司 一种双六轴机器人协同运动控制模型及算法
CN207223988U (zh) * 2017-09-22 2018-04-13 杭州自动化技术研究院传感技术有限公司 基于双目视觉的机器人装配系统
US20180361588A1 (en) * 2016-01-27 2018-12-20 South China University Of Technology Multiple Lens-Based Smart Mechanical Arm and Positioning and Assembly Method Thereof
CN109822577A (zh) * 2019-03-29 2019-05-31 北京卫星制造厂有限公司 一种基于视觉伺服的移动式机器人高精度加工方法
CN111781894A (zh) * 2020-07-23 2020-10-16 菲烁易维(重庆)科技有限公司 利用机器视觉进行装配工具空间定位及姿态导航的方法
CN111857188A (zh) * 2020-07-21 2020-10-30 南京航空航天大学 一种空中远距离目标跟拍系统和方法
US20210078174A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-18 Wuyi University Intelligent medical material supply robot based on internet of things and slam technology
CN112959325A (zh) * 2021-03-23 2021-06-15 南京航空航天大学 一种大场景下的双移动机械臂协同加工高精度控制方法
CN112959364A (zh) * 2021-03-15 2021-06-15 北京电子工程总体研究所 一种工业机器人装配误差补偿系统及方法
CN113052913A (zh) * 2021-02-08 2021-06-29 南京航空航天大学 一种二级组合视觉测量系统中转位姿高精度标定方法
CN113400298A (zh) * 2021-05-10 2021-09-17 埃夫特智能装备股份有限公司 一种无公共视野的多相机定位大工件及工业机器人位置补偿方法
CN113681563A (zh) * 2021-08-31 2021-11-23 上海交大智邦科技有限公司 基于双相机的装配方法及系统
CN113751981A (zh) * 2021-08-19 2021-12-07 哈尔滨工业大学（深圳） 基于双目视觉伺服的空间高精度装配方法和系统
CN114001651A (zh) * 2021-10-21 2022-02-01 北京航空航天大学 一种基于双目视觉测量和先验检测数据的大型细长筒类构件位姿原位测量方法
WO2022038257A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 Five AI Limited Performance testing for robotic systems
CN114454177A (zh) * 2022-03-15 2022-05-10 浙江工业大学 一种基于双目立体视觉的机器人末端位置补偿方法

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102481691A (zh) * 2010-02-03 2012-05-30 松下电器产业株式会社 机器人系统的控制方法
US20150088311A1 (en) * 2013-09-26 2015-03-26 Canon Kabushiki Kaisha Robot calibrating apparatus and robot calibrating method, and robot apparatus and method of controlling robot apparatus
JP2017071033A (ja) * 2015-10-09 2017-04-13 キヤノン株式会社 作業用基準物体、作業用基準物体の製造方法、ロボットアームの調整方法、ビジョンシステム、ロボット装置、及び指標用部材
US20180361588A1 (en) * 2016-01-27 2018-12-20 South China University Of Technology Multiple Lens-Based Smart Mechanical Arm and Positioning and Assembly Method Thereof
CN106272416A (zh) * 2016-08-29 2017-01-04 上海交通大学 基于力觉和视觉的机器人细长轴精密装配系统及方法
CN106625673A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 南京天祥智能设备科技有限公司 狭小空间装配系统及装配方法
CN107283425A (zh) * 2017-06-20 2017-10-24 巨轮（广州）机器人与智能制造有限公司 一种双六轴机器人协同运动控制模型及算法
CN207223988U (zh) * 2017-09-22 2018-04-13 杭州自动化技术研究院传感技术有限公司 基于双目视觉的机器人装配系统
CN109822577A (zh) * 2019-03-29 2019-05-31 北京卫星制造厂有限公司 一种基于视觉伺服的移动式机器人高精度加工方法
US20210078174A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-18 Wuyi University Intelligent medical material supply robot based on internet of things and slam technology
CN111857188A (zh) * 2020-07-21 2020-10-30 南京航空航天大学 一种空中远距离目标跟拍系统和方法
CN111781894A (zh) * 2020-07-23 2020-10-16 菲烁易维(重庆)科技有限公司 利用机器视觉进行装配工具空间定位及姿态导航的方法
WO2022038257A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 Five AI Limited Performance testing for robotic systems
CN113052913A (zh) * 2021-02-08 2021-06-29 南京航空航天大学 一种二级组合视觉测量系统中转位姿高精度标定方法
CN112959364A (zh) * 2021-03-15 2021-06-15 北京电子工程总体研究所 一种工业机器人装配误差补偿系统及方法
CN112959325A (zh) * 2021-03-23 2021-06-15 南京航空航天大学 一种大场景下的双移动机械臂协同加工高精度控制方法
CN113400298A (zh) * 2021-05-10 2021-09-17 埃夫特智能装备股份有限公司 一种无公共视野的多相机定位大工件及工业机器人位置补偿方法
CN113751981A (zh) * 2021-08-19 2021-12-07 哈尔滨工业大学（深圳） 基于双目视觉伺服的空间高精度装配方法和系统
CN113681563A (zh) * 2021-08-31 2021-11-23 上海交大智邦科技有限公司 基于双相机的装配方法及系统
CN114001651A (zh) * 2021-10-21 2022-02-01 北京航空航天大学 一种基于双目视觉测量和先验检测数据的大型细长筒类构件位姿原位测量方法
CN114454177A (zh) * 2022-03-15 2022-05-10 浙江工业大学 一种基于双目立体视觉的机器人末端位置补偿方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MENG SHAOHUA: "Precise Robot Assembly for Large-Scale Spacecraft Components with a Multisensor System", 2017 5TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MECHANICAL, AUTOMOTIVE AND MATERIALS ENGINEERING (CMAME) *
QI ZHANG: "Pre-impact Trajectory Planning of Nonredundant Free-Floating Space Manipulator", 2020 5TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON AUTOMATION, CONTROL AND ROBOTICS ENGINEERING (CACRE) *
TIAN, W: "Determination of optimal samples for robot calibration based on error similarity", CHINESE JOURNAL OF AERONAUTICS *
董鹏越: "基于多相机的机器人装配作业视觉定位系统研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 (信息科技辑) *
蒲玉潇: "基于840Dsl CNC的机器人精确控制技术", 机械制造与自动化 *
赵晓帅: "全自动影像测量仪零件精准定位研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114905511B (zh) 2023-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109822574B (zh) 一种工业机器人末端六维力传感器标定的方法
CN109794938B (zh) 一种适用于曲面结构的机器人制孔误差补偿装置及其方法
CN106247932B (zh) 一种基于摄影系统的机器人在线误差补偿装置及方法
CN110161850A (zh) 一种工业机器人变参数刚度辨识与建模方法
CN108731591B (zh) 一种基于平面约束的机器人工具坐标系标定方法
CN109822577B (zh) 一种基于视觉伺服的移动式机器人高精度加工方法
CN110193829A (zh) 一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法
CN110757504B (zh) 高精度可移动机器人的定位误差补偿方法
CN107741224A (zh) 一种基于视觉测量及标定的agv自动调姿定位方法
CN205734940U (zh) 一种应用于工业机器人的tcp在线快速标定装置
CN113146613B (zh) 一种工业机器人d-h参数三维自标定校准装置及方法
CN109443273B (zh) 利用三维测量系统对待测工件进行精确定位的方法
CN112648956B (zh) 一种基于联合标定的空间位姿实时测调方法
CN110154022A (zh) 一种基于定向刚度模型的机器人制孔径向定位修正方法
Guo et al. A measurement method for calibrating kinematic parameters of industrial robots with point constraint by a laser displacement sensor
CN113513999B (zh) 一种航天器结构静力试验大视场实时变形测量系统及方法
CN111360585B (zh) 一种机器人铣削系统中刀具端实时位置误差的获取方法
CN114905511A (zh) 一种工业机器人装配误差检测与精度补偿系统标定方法
CN116652953A (zh) 一种机器人末端模型动态接触力测量的误差补偿与处理方法
CN111536874A (zh) 一种机器人位姿检测系统及方法
CN115609586A (zh) 一种基于抓取位姿约束的机器人高精度装配方法
CN107883894A (zh) 一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统
CN111323048B (zh) 一种相对位姿测量单机性能测试方法及系统
CN108375337B (zh) 一种机器人及其工艺设备相对位姿的测定方法及测定装置
CN111157004B (zh) 法兰朝下四轴机器人的工具标定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant