一种工业机器人三维实时高精度定位装置的定位方法

摘要

本发明公开了一种工业机器人三维实时高精度定位装置及方法。该装置包括工业机器人系统、工业计算机和相机单元，工业计算机通过第一千兆以太网与工业机器人控制器相连接后接入工业机器人系统，工业计算机通过第二千兆以太网与相机单元相连，其中相机单元为主动相机单元或者多相机单元。该方法如下：根据特征点与实际目标点的位置，设置相机单元的位置状态；建立机器人空间中三维坐标到相机空间中二维坐标的映射关系；获取目标点在三维机器人空间中的位置，工业机器人控制器发送命令控制机器人向目标点运动，将机器人定位到目标点上；通过判断最终定位到实际目标点上。本发明不需要进行标定，且具有定位精度高、视野范围广、实时性好的优点。

主权项

一种工业机器人三维实时高精度定位装置的定位方法，其特征在于，所述工业机器人三维实时高精度定位装置，包括：工业机器人系统(1)、工业计算机(2)和相机单元(3)，其中工业计算机(2)包括变权重相机空间定位单元(2‑1)、图像处理单元(2‑2)和机器人运动控制单元(2‑3)，机器人运动控制单元(2‑3)包括机器人正运动学单元(2‑3‑1)和机器人逆运动学单元(2‑3‑2)两部分，其中图像处理单元(2‑2)通过变权重相机空间定位单元(2‑1)与机器人运动控制单元(2‑3)相连；工业计算机(2)通过第一千兆以太网(5)与工业机器人控制器(6)相连接，工业机器人控制器(6)的控制端接入工业机器人系统(1)，工业计算机(2)通过第二千兆以太网(4)与相机单元(3)相连；所述工业机器人系统(1)包括六自由度工业机器人(1‑0)、激光发射装置(1‑1)和工装机构(1‑2)，其中工装机构(1‑2)的初始端刚性固定在六自由度工业机器人(1‑0)的末端，且与六自由度工业机器人(1‑0)的前臂共轴；工装机构(1‑2)的末端设置有特征点(1‑6)和工具(1‑5)，特征点(1‑6)位于工装机构(1‑2)顶端与其轴线成30°～60°夹角的上斜面，工具(1‑5)刚性固定在工装机构(1‑2)的下方；激光发射装置(1‑1)设置在六自由度工业机器人(1‑0)前臂，使激光发射装置(1‑1)发射出的激光线投射到工作平台(1‑3)上；所述相机单元(3)为主动相机单元，包括第一相机(3‑2)、云台本体(3‑1)、多自由度电机运动单元(3‑3)及电机驱动模块(3‑4)，其中第一相机(3‑2)固定在云台本体(3‑1)上，多自由度电机运动单元(3‑3)固定连接在云台本体(3‑1)上，电机驱动模块(3‑4)通过I/O口接入多自由度电机运动单元(3‑3)；工业计算机(2)通过第二千兆以太网(4)与相机单元(3)中第一相机(3‑2)相连，工业计算机(2)通过总线与相机单元(3)中电机驱动模块(3‑4)进行通信，电机驱动模块(3‑4)根据接收到的命令控制多自由度电机运动单元(3‑3)运动从而带动云台本体(3‑1)及第一相机(3‑2)移动，所述定位方法包括以下步骤：第1步，第一相机(3‑2)获取实际目标点(1‑4)及特征点(1‑6)，并根据特征点(1‑6)与实际目标点(1‑4)之间的位置关系设置虚拟目标点，目标点包括实际目标点(1‑4)和虚拟目标点；第2步，设置相机单元(3)，调整第一相机(3‑2)的位置状态，使该位置状态对应的目标点与特征点(1‑6)处于第一相机(3‑2)的视野范围内；第3步，建立机器人空间中三维坐标到相机空间中二维坐标的映射关系：机器人正运动学单元(2‑3‑1)通过第一千兆以太网(5)获取当前六自由度工业机器人(1‑0)的状态信息，并确定机器人末端识别装置(1‑2)上的特征点(1‑6)在机器人空间中的三维坐标位置；通过采样获取特征点(1‑6)在相机空间中的二维坐标及在机器人空间中的三维坐标位置，利用变权重相机空间定位单元(2‑1)建立机器人空间中三维坐标到相机空间中二维坐标的映射关系；第4步，获取目标点在三维机器人空间中的位置：根据第3步得到的映射关系，变权重相机空间定位单元(2‑1)将目标点在相机空间中的二维坐标转换为机器人空间中的三维坐标；第5步，机器人逆运动学单元(2‑3‑2)根据第4步所得的目标点三维坐标，确定相对应的六自由度工业机器人(1‑0)关节角度值并发送给工业机器人控制器(6)，工业机器人控制器(6)发送命令控制六自由度工业机器人(1‑0)向目标点运动；第6步，判断六自由度工业机器人(1‑0)上设置的工具(1‑5)是否定位至目标点：①如果未定位至目标点，则返回至第3步，将当前位置特征点(1‑6)在机器人空间中的三维空间坐标以及在相机空间中的二维坐标做为采样点重新估计映射参数，建立机器人空间中三维坐标到相机空间中二维坐标的映射关系，并按照第4～6步重新定位；②如果定位至虚拟目标点，则返回至第2步，调整第一相机(3‑2)到下一位置状态，按照同样的方法将工具(1‑5)定位至下一目标点；③如果定位至实际目标点(1‑4)，则完成工业机器人的三维实时定位。