[发明专利]一种基于相机光轴约束的双机械臂标定方法

说明书

本发明涉及一种基于相机光轴约束的双机械臂标定方法，包括以下步骤：步骤一：构建双机械臂标定系统；步骤二：建立基于误差模型的参数标定方程；步骤三：基于视觉控制的特征点对齐及位置数据获取；步骤四：求解标定方程。本发明仅利用相机和棋盘格标定板构建双机械臂标定系统，操作简便，不需要昂贵的高精度仪器和精心制作的标定工具，降低了标定成本；本发明标定精度更高，标定步骤更少，操作更加方便；本发明使用基于图像的视觉控制方法控制主动机械臂运动，使特征点自动与相机光轴对齐，标定过程无需专业人员操作，仅需操作者进行简单的监督即可；本发明适用于各类双臂协作系统，标定精度高，标定结果可满足大部分双臂协作任务的需求。

技术领域

本发明涉及一种双机械臂标定方法，特别是一种基于相机光轴约束的双机械臂标定方法，属于机器人标定领域。

背景技术

双臂机器人作为机器人产业发展的重大标志性产品之一，在工业、生活、医疗、航空航天等领域有着越来越广泛的应用。双机械臂可以合作完成单个机械臂难以完成的任务，如移动质量或体积大的物体、多部件复杂装配、柔性物体的处理等，具有节约成本、节省空间、提高生产效率等优点。在双臂协作完成各种任务时，双臂系统的精度直接影响了任务的完成程度和成功率，零件装配等任务对双臂系统的精度提出了更高的要求。为了提高双臂系统的定位精度，必须对其进行有效的标定。

在双臂系统完成协作任务时，两机械臂基座的相对关系需要提前已知，即为双机械臂的基坐标标定。对于双机械臂系统，一般只进行基坐标标定，而由于制造公差、环境变化和磨损等因素的影响，机械臂实际的运动学参数与其出厂设置的名义运动学参数存在误差，导致机械臂的末端绝对定位精度降低，因此需要进行运动学参数标定。目前，机械臂运动学参数标定和基坐标系标定通常使用高精度的测量仪器或精心制作的标定工具，这类方法价格昂贵且需要专业的人员操作，不适合大多数场景中对简单有效标定的要求，并且机械臂运动学参数标定和基坐标标定通常分开进行，使用不同的标定设备和标定方法，使标定过程更加复杂。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种不需要昂贵的标定设备，精度高且操作简单的基于相机光轴约束的双机械臂标定方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于相机光轴约束的双机械臂标定方法，包括以下步骤：

步骤一：构建双机械臂标定系统；

步骤二：建立基于误差模型的参数标定方程；

步骤三：基于视觉控制的特征点对齐及位置数据获取；

步骤四：求解标定方程。

本发明还包括：

1.步骤一中双机械臂标定系统具体为：包括两个机械臂，在其中一个机械臂的末端固定一个相机，此机械臂为被动机械臂；另一个机械臂末端固定一个棋盘格标定板，此机械臂为主动机械臂。

2.步骤二中建立基于误差模型的参数标定方程具体为：

步骤1：分别对每个机械臂建立运动学误差模型，得到机械臂的末端位置误差ΔP_e与运动学参数误差向量之间的关系：其中J_P为运动学位置误差雅可比矩阵；

步骤2：根据建立的运动学误差模型，推导基于直线约束的运动学误差模型，得到运动学参数标定方程：其中E为位置对齐误差，Φ为运动学误差雅可比矩阵；