一種多面體主動光標靶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視覺測量及機械人技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多面體主動光標靶。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機器人發(fā)展至今，作為一種柔性自動化設(shè)備，對生產(chǎn)條件和生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性具有很強的靈活性，并逐步發(fā)展成為一門新的學(xué)科和新的技術(shù)。近二十年來，為適應(yīng)多品種、小批量的現(xiàn)代生產(chǎn)要求，工業(yè)機器人也越來越多地被應(yīng)用到機械加工當(dāng)中。相對于傳統(tǒng)CNC加工而言，使用工業(yè)機器人進行機械加工，具有高柔性、低成本以及易于集成傳感器、外部驅(qū)動器等外圍設(shè)備的優(yōu)點。然而，工業(yè)機器人的絕對精度差，限制了其在高端制造特別是要求軌跡精度領(lǐng)域的應(yīng)用。機器人加工過程中，有很多因素影響著機器人的絕對精度，這些因素主要來源于機器人的內(nèi)部誤差和機器人工作環(huán)境的外部誤差。內(nèi)部誤差主要是指機器人加工系統(tǒng)內(nèi)部因素引起的誤差，包括加工原理誤差，幾何誤差，受力變形，熱變形，道具磨損，切削力及力矩，摩擦力，振動等。這些誤差中機器人的幾何尺寸要占80%左右的比例，因此如果能對機器人的幾何誤差進行補償可大大提高機器人的絕對精度。
[0003]目前，解決這個問題的常用方法是機器人絕對精度標定。通過一定的測量手段獲得機器手臂的末端位置和姿態(tài)(下文簡稱位姿)，從機器人控制器上讀取各關(guān)節(jié)的角度值，建立機器人DH參數(shù)模型，確定機器人命令位姿，以實際測量位姿和命令位姿誤差平方和為目標函數(shù)，優(yōu)化得到機器手臂DH參數(shù)的實際值，以DH參數(shù)實際值控制機器人運動，從而校正機器人絕對精度誤差。
[0004]獲取機器手臂位姿，測量手段是一個極其重要的因素，用于機器人精度標定的測量系統(tǒng)工業(yè)上常用的包括激光跟蹤儀測量系統(tǒng)、球桿儀、三坐標測量機等。
[0005]( I)球桿儀:分單球桿和雙球桿兩類，其核心是一個徑向距離線性傳感器，可以精確測量機器人選定的末端位置與工作空間內(nèi)一固定點之間的距離。這種測量系統(tǒng)相對便宜、操作簡單且精度高。
[0006](2)自動經(jīng)瑋儀:測量精度高，但存在如下缺點:要求特殊的設(shè)備和訓(xùn)練有素的技術(shù)人員，測量結(jié)果與環(huán)境變化及測量者的水平有很大關(guān)系，安裝時間長，成本高。
[0007](3)三坐標測量機:三坐標測量機是以精密機械為基礎(chǔ)的高效率高精度的測量設(shè)備，可用于機器人位姿測量，這種測量設(shè)備可靠性好，精度高，但占用空間大，成本高。
[0008]通過以上設(shè)備都能很準確地獲得機器手臂末端的位姿。但問題是，用這些設(shè)備獲取機器手臂實際位姿有著共同的缺點如下:(1)需要專業(yè)的技術(shù)人員來操作這些儀器；(2)數(shù)據(jù)采集費時費力，難以實現(xiàn)自動化；(3)成本高，測量方法繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種多面體主動光標靶，用于提高工業(yè)機器人絕對精度和進行機器人末端軌跡跟蹤。對標靶的形狀結(jié)構(gòu)、標靶光源、標靶上的特征圖形、特征圖形的識別方法進行了設(shè)計，使得機器人末端姿態(tài)的獲取可直接由其視覺模塊來實現(xiàn)，同時這個套設(shè)備也可以應(yīng)用于機器人末端位姿的實時跟蹤，對實現(xiàn)機器人智能化制造提供了一定的技術(shù)支持。
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種多面體主動光標靶，用于提高工業(yè)機器人絕對精度和進行機器人末端軌跡跟蹤，由若干個工作面、電板座、連接柱、法蘭組成；所述若干個工作面與電板座共同組成多面體結(jié)構(gòu)，每個工作面上都有能提供工作面的面編號、位置和姿態(tài)信息的特征圖形，且特征圖形為主動光源；所述電板座通過連接柱連接法蘭，所述法蘭連接工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器。
[0011]所述工作面上特征圖形的排布為大圓和小圓的組合的排布方式，其中大圓作為特征點，小圓作為特征識別的輔助作用，或反過來小圓作為特征點，大圓作為特征識別的輔助作用。
[0012]所述工作面包括修光板、擴散板、燈架、燈珠、散熱鋁基板；所述燈珠根據(jù)工作面上特征圖形的排布固定在散熱鋁基板上，所述散熱鋁基板固定在燈架上，所述擴散板和修光板依次固定在燈架上，所述修光板和燈架上根據(jù)工作面上特征圖形的排布開有圓孔。
[0013]所述修光板用厚度小于0.5mm的不銹鋼板制成，保證其平面度和孔之間的位置精度，同時對修光板上的每個光孔外邊緣進行同鋼板厚度一致的60度倒角，保證特征圖形在相機上所呈現(xiàn)的橢圓或者圓圖像的中心和實際的中心同心精度。
[0014]所述擴散板選用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一種或幾種制成。
[0015]所述燈珠為波段為850nm的紅外光燈，或其他波段的單色光，通過在相機前加裝相應(yīng)波段的帶通濾波片來濾除環(huán)境光的影響，以保證特征圖形能在相機中呈現(xiàn)純凈的橢圓或者圓圖像。所述散熱鋁基板上還印刷有燈珠工作電路。
[0016]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，相較上文所羅列的那些測量方法其具有以下優(yōu)占.V.本發(fā)明操作簡單，用戶只需將標靶裝在機械臂末端，不要求標靶與末端的安裝精度，然后移動機器手臂到幾個不同位姿，并分別觸發(fā)相機進行數(shù)據(jù)采集，然后對標靶特征進行識別定位，利用立體視覺技術(shù)獲取機器人末端執(zhí)行器的位姿。
[0017]本發(fā)明更容易集成到加工環(huán)境中，使用視覺檢測方法實現(xiàn)，并配備了測量系統(tǒng)位姿檢測機制，可在加工現(xiàn)場進行標定。標靶為主動光源的幾何圖像，相對于基于亮度特征的主動光源特征，檢測精度不受距離遠近和圖像亮度均勻性的影響。標靶為多面體結(jié)構(gòu)，只要任意一平面可視即可計算其位姿，可適應(yīng)機器人空間任意姿態(tài)的測量。特征圖形分布采用三直線“箭頭”，提供面的位置和姿態(tài)信息，輔助特征圓的為坐標原點識別、方向判斷，面識別提供合作信息。
【附圖說明】
[0018]圖1為一種多面體主動光標靶實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為工作面組成示意圖。
[0020]圖3為實施例工作面的特征圖形示組成示意圖。
[0021]圖4為實施例五個工作面的特征圖形示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明標靶的使用示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0024]如圖1所示，一種多面體主動光標靶，用于提高工業(yè)機器人絕對精度和進行機器人末端軌跡跟蹤，由五個工作面4~8、電板座9、連接柱10、法蘭11組成；所述五個工作面與電板座9共同組成六面體結(jié)構(gòu)，每個工作面上都有能提供工作面的面編號、位置和姿態(tài)信息的特征圖形，且特征圖形為主動光源；所述電板座9通過連接柱10連接法蘭11，所述法蘭11連接工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器。
[0025]如圖3和圖4所示，所述工作面上特征圖形的排布為大圓和小圓的組合的排布方式，其中大圓作為特征點，小圓作為特征識別的輔助作用，或反過來小圓作為特征點，大圓作為特征識別的輔助作用。本實施例中每個工作面4~8的特征圖形都是由七個大圓A~G和三個小圓a~c組成。大圓A的中心定義為標靶工作面坐標系的原點，大圓A、B、C等距排布在X軸方向，大圓A、D、F等距排布在Y軸方向，大圓A、E、G等距排布在45度軸方向。小圓a、b圍繞在大圓A的周圍用于輔助識別是大圓A，并定義標靶工作面坐標系的X軸和Y軸，小圓c排布在大圓G周圍的，對于不同的工作面4~8，小圓c相對大圓G的位置不