[发明专利]机械臂的坐标标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机械臂的坐标标定方法。

背景技术

机械臂精准运动的基础是坐标系的准确建立，机械坐标系和视觉坐标系的建立正确对应关系之后，才能根据控制器给出的坐标参数精确的运动到相应的位置上。因此机械臂在投入使用之前需要进行机械臂坐标的标定，运行一段时间后的机械臂也需要定期进行重新标定校准，保证运行精度。

传统用于标定机械臂的方法有以下两种：

1、采用圆锥形工具：在机械臂的第三轴转轴上安装有第一圆锥形工具，该机械臂的第三轴转轴下方固定放置第二圆锥形工具，用人眼来对准第一圆锥形工具和第二圆锥形工具的尖端，对准后的坐标值即认为是机械臂第三轴转轴的中心坐标值。第二圆锥形工具位置不变，切换机器人左右手工作模式，再次对准第一圆锥形工具和第二圆锥形工具的尖端，对准后机械臂在该点的坐标，即视为机械臂的末端定位的坐标。

2、采用圆柱物体和阵列圆孔模具工具：定制一个圆心间距相等且间距已知的圆孔阵列模具，控制机械臂抓取圆柱体后连续放入阵列排列的圆孔中，记录每一次放入时机械臂运动的坐标值，并根据已知的圆孔中心间距的数据，推算出机械臂末端的中心坐标，进而得出机械臂末端定位的坐标。

传统圆锥形工具来标定机械臂，在两个操作步骤会产生较大的误差：第一个是固定圆锥形工具阶段，圆锥形工具固定在一个机械臂末端的旋转轴上，旋转轴的直径小于圆锥形工具的直径，固定时需用螺钉从侧面将圆锥形工具顶住，固定在旋转轴上。这样的安装方式无法确保圆锥形工具的中心与机械臂旋转轴的中心在同一直线上，从而产生一定的偏差。第二个是两个圆锥形工具的锥尖对准过程，这个对准过程依赖于操作人员的人眼确定，人眼辨识的精度最多只能达到约0.1mm，因此该工具确定的旋转轴圆心坐标的精度只能达到0.1mm，这个精度无法满足实际应用对机械臂的精度要求。

采用圆柱体和圆孔阵列模具标定机械臂坐标时，较利用圆锥形标定工具的精度有一些改善，标定的过程已经避免了依赖人眼确定精度。但是仍然存在一定的固有误差。首先，在制作圆孔阵列时候需要严格做到圆心间距相等，因此该模具的制作精度会直接影响到机械臂的坐标精度。其次，圆孔阵列模具的圆孔直径是大于圆柱体直径的，在放入过程中，依然存在间隙，因此无法将圆孔的中心与圆柱体的中心完全重合。所以采用圆柱体和圆孔阵列模具来标定机械臂的坐标仍然存在很大的完善空间。

发明内容

基于此，本发明提供一种机械臂的坐标标定方法，其自动标定机械臂坐标，无需人工操作对准，避免了人工误差，且操作简单快捷，适用性和灵活性强。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种机械臂的坐标标定方法，标定工具，标定工具包括相机、初始标识及视觉系统软件，机械臂包括轴臂、连接轴臂的旋转轴及连接旋转轴的端头，初始标识安装于端头，相机平行相对于初始标识所在的面，机械臂的坐标标定方法包括以下步骤：

步骤1：轴臂自远离相机的一端往相机所在的位置移动，至初始标识正对相机的镜头停止，初始标识在相机的镜头视野范围内清晰可见，视觉系统软件记录下相机捕捉到的初始标识的坐标，作为第一坐标；

步骤2：轴臂保持位置不变，端头逆时针或顺时针旋转一定角度后，视觉系统软件记录下相机捕捉到的初始标识的坐标，作为第二坐标；

步骤3：轴臂保持位置不变，端头继续逆时针或顺时针旋转一定角度后，视觉系统软件记录下相机捕捉到的初始标识的坐标，作为第三坐标；

步骤4：用视觉系统软件计算第一坐标、第二坐标及第三坐标所在圆的第一圆心，第一圆心作为旋转轴的中心坐标；

若第一坐标与第二坐标重合，则第一坐标或第二坐标作为旋转轴的中心坐标，省略步骤3及4。

上述机械臂的坐标标定方法，测量过程中的取样和计算由相机和视觉系统软件自动完成，无需依赖人眼对准，降低了随机误差的发生概率，重合操作是在相机拍摄的图像放大倍数的视野下进行的，精度比用人眼对准要高出几百倍，且操作简单快捷，适用性和灵活性强。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

步骤5：轴臂与旋转轴保持与步骤3相同的位置，以第一圆心为基准，相机取第一圆心对应在端头的点为第二标识，视觉系统软件记录下相机捕捉到的第二标识的坐标，作为第一A坐标；

步骤6：轴臂保持位置不变，端头逆时针或顺时针旋转一定角度后，视觉系统软件记录下相机捕捉到的第二标识的坐标，作为第二A坐标；