一种机械臂末端位姿误差测量方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112880562A(43)申请公布日2021.06.01(21)申请号202110070623.6G06T7/62(2017.01)(22)申请日2021.01.19G06T7/73(2017.01)G06N3/00(2006.01)(71)申请人佛山职业技术学院地址528137广东省佛山市三水区乐平镇职教路3号佛山职业技术学院(72)发明人张炜耿金华朱炯光邵鹏尹树彬(74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司44205代理人谭志鹏(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)G06T7/00(2017.01)G06T7/11(2017.01)G06T7/136(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种机械臂末端位姿误差测量方法及系统(57)摘要本发明公开了一种机械臂末端位姿误差测量方法及系统，所述系统包括测量靶标装置、机械臂、条纹投影三维扫描装置和处理器；所述测量靶标装置包括底座、多个标准球及多个支撑杆组成，每个支撑杆的一端固定在底座上，另一端用于固定一个标准球，所述多个支撑杆成环形分布，所述测量靶标装置安装于机械臂末端。通过无外部影响时提前获取机械臂末端的标准位姿，直接和实际工作中的机械臂末端的实际位姿进行比较，快速测量位姿误差；另外，获取大量基准球表面三维点云数据，通过三维点云数据拟合各球心位置，由于计算过程中使用了大量点云数据，少量误差较大的数据对测量结果影响较小，可以实现更高精度的工业机械臂末端位姿误差测量。CN112880562ACN112880562A权利要求书1/2页1.一种机械臂末端位姿误差测量方法，其特征在于，包括：设计测量靶标装置，所述测量靶标装置包括底座、多个标准球及多个支撑杆组成，每个支撑杆的一端固定在底座上，另一端用于固定一个标准球，所述多个支撑杆成环形分布，所述测量靶标装置安装于机械臂末端；在实际工作之前，将机械臂末端移动到目标位置，通过条纹投影三维扫描装置获取标准球的多个参考相移条纹图像，使用三维点云数据计算方法对多个参考相移条纹图像处理得到各标准球表面轮廓三维点云数据作为参考三维点云数据，根据参考三维点云数据拟合各标准球的球心三维坐标作为标准位姿数据；在实际工作过程中，当机械臂末端移动到所述目标位置时，通过条纹投影三维扫描装置获取标准球的多个实际相移条纹图像，使用三维点云数据计算方法对多个实际相移条纹图像处理得到各标准球表面轮廓三维点云数据作为实际三维点云数据，根据实际三维点云数据拟合各标准球的球心三维坐标作为实际位姿数据；对实际位姿数据中每一个标准球的球心三维坐标沿空间坐标方向进行平移和绕坐标方向进行旋转变换处理，当实际位姿数据经过平移参数平移和旋转参数旋转变换后与标准位姿数据的差值满足预设条件时，将满足预设条件的平移参数和旋转参数作为机械臂末端位姿误差。2.根据权利要求1所述的机械臂末端位姿误差测量方法，其特征在于，通过条纹投影三维扫描装置获取标准球的多个参考相移条纹图像包括：使用条纹投影三维扫描装置投射多步相移条纹模板，同时使用相机同步采集与每个相移条纹模板对应相移条纹图像Ii(x,y)，i＝1,2,…,N，N为相移步数，x和y为图像的横坐标和纵坐标。3.根据权利要求2所述的机械臂末端位姿误差测量方法，其特征在于，三维点云数据计算方法包括：根据采集的相移条纹图像计算调制度图像；对所述调制度图像进行二值化转换得到二值化调制度图像；从所述二值化调制度图像中确定各标准球表面图像区域；根据条纹投影三维扫描装置的转换模型以及相位图像坐标处的相位值，将各标准球表面区域的图像坐标转换成各标准球表面轮廓三维点云数据，其中相位图像由相移条纹图像经过多步相移算法处理得到。4.根据权利要求3所述的机械臂末端位姿误差测量方法，其特征在于，所述根据采集的相移条纹图像计算调制度图像为：其中，M(x,y)为调制度图像。5.根据权利要求3所述的机械臂末端位姿误差测量方法，其特征在于，所述对所述调制度图像进行二值化转换得到二值化调制度图像包括：使用大津法Otsu计算所述调制度图像的二值图像分割阈值，根据所述分割阈值对所述调制度图像进行二值化转换得到二值化调制度图像。2CN112880562A权利要求书2/2页6.根据权利要求5所述的机械臂末端位姿误差测量方法，其特征在于，所述从所述二值化调制度图像中确定各标准球表面图像区域包括：对所述二值化调制度图像中的各个不连通区域进行搜索，根据其中心与各边缘距离的变动情况搜索具有圆形特征的区域，确定为各标准球表面图像区域。7.根据权利要求1所述的机械臂末端位姿误差测量方法，其特征在于，根据参考三维点云数据拟合各标准球的球心三维坐标作为标准位姿数据具体为：由参考