本發(fā)明涉及用于校準(zhǔn)機(jī)器人的技術(shù)，并具體涉及用于校準(zhǔn)機(jī)器人的方法和機(jī)器人系統(tǒng)。發(fā)明還涉及機(jī)器人控制器、機(jī)器人單元、機(jī)器人單元的使用、用于校準(zhǔn)機(jī)器人的程序以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)：

為了基于機(jī)器人關(guān)節(jié)值計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置，可以使用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。為了機(jī)器人的高精度定位，必須精確識(shí)別機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。用機(jī)器人執(zhí)行一些動(dòng)作、測(cè)量結(jié)果并通過調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)使所計(jì)算的結(jié)果調(diào)整到所測(cè)量的結(jié)果的過程稱為機(jī)器人校準(zhǔn)。

最常見地，外部測(cè)量系統(tǒng)用于校準(zhǔn)。通常，該測(cè)量系統(tǒng)為高精度三維設(shè)備(諸如激光跟蹤儀)。還已經(jīng)提出使用約束的所謂自校準(zhǔn)方法。然而，三維系統(tǒng)與高成本關(guān)聯(lián)，并且因?yàn)閬碜阅Σ恋牟淮_定性將發(fā)揮作用，所以自校準(zhǔn)系統(tǒng)具有受限的精確度。

已經(jīng)提出用于機(jī)器人校準(zhǔn)的一個(gè)方法是使用激光指示器和位置靈敏設(shè)備(PSD)。然而，對(duì)于激光指示器和PSD的問題是它們通常不用于生產(chǎn)。為了校準(zhǔn)的唯一目的而安裝它們將增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)(即，已經(jīng)安裝機(jī)器人之后的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn))，需要更簡(jiǎn)單的方法。因?yàn)槿我馔獠吭O(shè)備將與成本和復(fù)雜度關(guān)聯(lián)，所以理想地應(yīng)在沒有額外傳感器或設(shè)備的情況下執(zhí)行校準(zhǔn)。

在視覺引導(dǎo)機(jī)器人的情況下，照相機(jī)為系統(tǒng)的一部分。由此，在需要對(duì)于視覺引導(dǎo)方面提高機(jī)器人精確度的情況下，將期望使用照相機(jī)來校準(zhǔn)機(jī)器人。

機(jī)器人照相機(jī)校準(zhǔn)已經(jīng)在文獻(xiàn)中提出并進(jìn)行了測(cè)試。通過制定包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)以及內(nèi)在和外在照相機(jī)參數(shù)的誤差函數(shù)，可以通過同時(shí)優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和照相機(jī)參數(shù)來獲取機(jī)器人和照相機(jī)參數(shù)。

例如，US2013/0274921A1描述了一種包括數(shù)字照相機(jī)的機(jī)器人系統(tǒng)，其中，機(jī)器人的可移動(dòng)部已經(jīng)取得貼附到可移動(dòng)部的標(biāo)志。數(shù)字照相機(jī)通過成像標(biāo)志的移動(dòng)范圍來輸出圖像數(shù)據(jù)，并且校準(zhǔn)器產(chǎn)生用于使圖像數(shù)據(jù)的二維坐標(biāo)系與可移動(dòng)部的三維坐標(biāo)系相關(guān)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

機(jī)器人和照相機(jī)參數(shù)的該同時(shí)優(yōu)化的缺點(diǎn)是必須與機(jī)器人參數(shù)同時(shí)識(shí)別多個(gè)額外照相機(jī)參數(shù)。這將使得優(yōu)化問題更難，并且限制參數(shù)的最終精確度。

由此，需要用于識(shí)別機(jī)器人參數(shù)的更簡(jiǎn)單且更不復(fù)雜的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，目的至少部分由一種用于校準(zhǔn)機(jī)器人的方法來實(shí)現(xiàn)，其中，所述機(jī)器人包括具有校準(zhǔn)標(biāo)志的可移動(dòng)部。所述方法包括以下步驟：

將所述校準(zhǔn)標(biāo)志定位于沿著照相機(jī)單元的光線的多個(gè)位置中；

成像沿著所述光線的多個(gè)位置處的所述校準(zhǔn)標(biāo)志，以在容差k內(nèi)建立沿著所述光線的所述校準(zhǔn)標(biāo)志的線位置P₁…P_N，同時(shí)監(jiān)測(cè)所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)值j₁…j_M；

對(duì)于所述校準(zhǔn)標(biāo)志的各線位置P₁…P_N處的關(guān)節(jié)值j₁…j_M基于針對(duì)所述校準(zhǔn)標(biāo)志的產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’₁…P’_N建立誤差函數(shù)；

通過基于所述誤差函數(shù)解決優(yōu)化問題來識(shí)別一組機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)；以及

借助于所識(shí)別的一組機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)更新所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

憑借該方法，可以將機(jī)器人參數(shù)的識(shí)別與照相機(jī)參數(shù)分離。照相機(jī)單元僅用于確定校準(zhǔn)標(biāo)志實(shí)際上沿著同一光線定位，并且不必精確確定照相機(jī)的參數(shù)。因?yàn)檎障鄼C(jī)誤差由所提出的方法來消除，所以高精確度地識(shí)別機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。與用更多未知參數(shù)(例如，照相機(jī)參數(shù))解決優(yōu)化問題相比，優(yōu)化問題變得更容易解決，并且提高最終參數(shù)的精確度。該方法容易實(shí)施，這使得方法為用于校準(zhǔn)機(jī)器人的廉價(jià)解決方案。除了通常早已存在的機(jī)器人照相機(jī)，不需要額外的硬件。

進(jìn)一步地，可以確定并由此校準(zhǔn)除了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)之外的其他參數(shù)。例如，可以建立校準(zhǔn)標(biāo)志的工具中心點(diǎn)的坐標(biāo)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法包括以下步驟：將具有所述機(jī)器人的唯一方位的所述校準(zhǔn)標(biāo)志定位于所述校準(zhǔn)標(biāo)志的所述線位置P₁…P_N中的至少一些中。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法包括以下步驟：執(zhí)行迭代過程，以使得所述機(jī)器人在所述容差內(nèi)沿著所述光線定位所述校準(zhǔn)標(biāo)志，以建立所述校準(zhǔn)標(biāo)志的線位置P_k。然后可以確保校準(zhǔn)標(biāo)志被定位為離光線足夠近。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法包括以下步驟：計(jì)算所述校準(zhǔn)標(biāo)志在成像所述校準(zhǔn)標(biāo)志的照相機(jī)單元的圖像平面中的位置與所述照相機(jī)單元的所述圖像平面中的所述光線的位置之間的誤差，將所述誤差與所述容差進(jìn)行比較，以及基于所述比較的結(jié)果調(diào)整所述校準(zhǔn)標(biāo)志的所述位置，以便建立所述校準(zhǔn)標(biāo)志的線位置P_k。由此，通過使用照相機(jī)單元，可以建立照相機(jī)單元的位置的誤差。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述誤差函數(shù)計(jì)算擬合針對(duì)所述校準(zhǔn)標(biāo)志的產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’₁…P’_N的線。通過建立位置的最佳擬合線，可以確定最佳運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。所述誤差函數(shù)可以基于使所述校準(zhǔn)標(biāo)志的所述產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’₁…P’_N到所述線的距離最小化。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)化問題包括使所述誤差函數(shù)的誤差最小化。機(jī)器人的最佳運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)可以通過找到給出具有最小誤差的解決方案的參數(shù)來確定。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述校準(zhǔn)標(biāo)志的位置的數(shù)量N至少為六，以能夠獲取機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)并解決優(yōu)化問題。

根據(jù)第二方面，目的至少部分由一種被配置為執(zhí)行該方法的機(jī)器人控制器來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)第三方面，目的至少部分由一種包括照相機(jī)單元的機(jī)器人單元來實(shí)現(xiàn)，其中，所述機(jī)器人單元被配置為執(zhí)行該方法。

根據(jù)第四方面，目的至少部分通過使用機(jī)器人單元來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)第五方面，目的至少部分用一種關(guān)于機(jī)器人系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序P來實(shí)現(xiàn)，其中，所述計(jì)算機(jī)程序P包括被配置為使得計(jì)算機(jī)單元執(zhí)行該方法的計(jì)算機(jī)指令。

根據(jù)第六方面，目的至少部分用一種存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算機(jī)程序代碼用于在運(yùn)行在與計(jì)算機(jī)單元關(guān)聯(lián)的處理器上時(shí)執(zhí)行該方法。

根據(jù)第七方面，目的至少部分用一種機(jī)器人系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。該機(jī)器人系統(tǒng)包括：具有可移動(dòng)部的機(jī)器人，該可移動(dòng)部具有校準(zhǔn)標(biāo)志；和具有所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的機(jī)器人控制器，其中，所述機(jī)器人控制器被布置為基于控制輸入在三維空間中控制所述可移動(dòng)部。機(jī)器人系統(tǒng)還包括照相機(jī)單元，該照相機(jī)單元被布置為捕獲所述可移動(dòng)部上的所述校準(zhǔn)標(biāo)志的圖像。機(jī)器人系統(tǒng)被布置為：

將所述校準(zhǔn)標(biāo)志定位于沿著所述照相機(jī)單元的光線的多個(gè)位置中；

在沿著所述光線的所述多個(gè)位置處成像所述校準(zhǔn)標(biāo)志，以在容差內(nèi)建立沿著所述光線的所述校準(zhǔn)標(biāo)志的線位置P₁…P_N，同時(shí)監(jiān)測(cè)所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)值j₁…j_M；

對(duì)于所述校準(zhǔn)標(biāo)志的各線位置P₁…P_N處的關(guān)節(jié)值j₁…j_M基于所述校準(zhǔn)標(biāo)志的產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’₁…P’_N建立誤差函數(shù)；

通過基于所述誤差函數(shù)解決優(yōu)化問題來識(shí)別一組機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)；并且

借助于所識(shí)別的一組機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)更新所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中且在具體實(shí)施方式中闡述。

附圖說明

下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖中：

圖1示出了被布置有照相機(jī)單元的雙臂機(jī)器人。

圖2圖示了如何建立線位置P_k。

圖3圖示了擬合到多個(gè)產(chǎn)生的計(jì)算位置P’_k的線。

圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1圖示了機(jī)器人系統(tǒng)14的示例。機(jī)器人系統(tǒng)14包括定義機(jī)器人坐標(biāo)系R_f的機(jī)器人1和定義照相機(jī)坐標(biāo)系C_f的對(duì)象識(shí)別單元2。機(jī)器人1為冗余機(jī)器人，并且具有七個(gè)自由度。圖1中所示的機(jī)器人1為具有兩個(gè)機(jī)器人臂3的雙臂機(jī)器人，但本發(fā)明可以與所有類型的機(jī)器人一起使用。具體地，本發(fā)明還可應(yīng)用于具有六個(gè)自由度的關(guān)節(jié)機(jī)器人。

圖1中的各機(jī)器人臂3具有串聯(lián)連接的多個(gè)連桿。這些連桿中的每一個(gè)的移動(dòng)可以為平移移動(dòng)或圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)或組合。這兩個(gè)移動(dòng)變化給予各連桿圍繞或沿著在下文中將被稱為關(guān)節(jié)的部位的機(jī)械自由度。關(guān)節(jié)可以由伺服控制的電機(jī)來致動(dòng)，經(jīng)由來自電機(jī)的所測(cè)量動(dòng)作的反饋來控制。在下文中，涉及意指機(jī)器人1的關(guān)節(jié)m的關(guān)節(jié)角度的關(guān)節(jié)值j_m。具有七個(gè)自由度的機(jī)器人通常具有七個(gè)關(guān)節(jié)；具有六個(gè)自由度的機(jī)器人通常具有六個(gè)關(guān)節(jié)。各機(jī)器人臂3也被提供有定義工具法蘭坐標(biāo)系T0_f的工具法蘭21。末端執(zhí)行器4附接到各工具法蘭21。機(jī)器人坐標(biāo)系R_f與工具法蘭坐標(biāo)系T0_f之間的關(guān)系為已知關(guān)系。機(jī)器人臂3或末端執(zhí)行器4可以被視為機(jī)器人1的可移動(dòng)部。校準(zhǔn)標(biāo)志13在這里貼附到各個(gè)末端執(zhí)行器4，但作為代替可以貼附到機(jī)器人的另一個(gè)可移動(dòng)部(即，機(jī)器人1的任意其他連桿)。

機(jī)器人1和對(duì)象識(shí)別單元2位于工作站20處。機(jī)器人1被配置為在工作站20處執(zhí)行工作。機(jī)器人1和對(duì)象識(shí)別單元2可以被稱為機(jī)器人單元24。

機(jī)器人1包括機(jī)器人控制器9，該機(jī)器人控制器9被配置為通過基于控制輸入控制機(jī)器人臂3上的多個(gè)電機(jī)來控制機(jī)器人臂3中的一個(gè)或兩個(gè)在三維空間中的移動(dòng)。機(jī)器人控制器9包括編程單元10(例如，計(jì)算機(jī)編程單元(CPU))、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)11以及驅(qū)動(dòng)單元12。機(jī)器人控制器9包括例如存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)11中的機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。運(yùn)動(dòng)學(xué)模型包括機(jī)器人1的關(guān)節(jié)和連桿及其幾何關(guān)系的模型。編程單元10被配置為執(zhí)行位于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)11上的機(jī)器人程序，其中，機(jī)器人臂3中的一個(gè)或兩個(gè)被移動(dòng)至多個(gè)位置。驅(qū)動(dòng)單元12被配置為根據(jù)所執(zhí)行機(jī)器人程序控制機(jī)器人臂3的電機(jī)。機(jī)器人1還被配置為使用機(jī)器人1的關(guān)節(jié)的角度測(cè)量和機(jī)器人1的直接運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來測(cè)量工具法蘭坐標(biāo)系T0_f的姿勢(shì)。

對(duì)象識(shí)別單元2包括照相機(jī)單元5和信息處理單元6。照相機(jī)單元5被配置為被引導(dǎo)到機(jī)器人1的工作站20。信息處理單元6包括編程單元7(例如，CPU)和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)8。信息處理單元6被配置為從照相機(jī)單元5接受工作站20處的一個(gè)或更多個(gè)對(duì)象的圖像形式的信息。照相機(jī)單元5被配置為測(cè)量對(duì)象在照相機(jī)單元5的圖像平面19(圖2)的圖像坐標(biāo)系IP_f中的圖像坐標(biāo)中的u和v值。圖像坐標(biāo)可以為原始像素?cái)?shù)據(jù)或例如借助于棋盤轉(zhuǎn)換至參考系的數(shù)據(jù)，因?yàn)閷⒚枋龅男?zhǔn)方法對(duì)于這兩種數(shù)據(jù)工作良好。信息處理單元6被配置為處理圖像信息，使得對(duì)象被識(shí)別，并且借助于對(duì)象識(shí)別算法在照相機(jī)坐標(biāo)系C_f中確定對(duì)象的位置。具體地，照相機(jī)單元5被布置為捕獲機(jī)器人1的可移動(dòng)部(末端執(zhí)行器4)上的校準(zhǔn)標(biāo)志13的圖像。換言之，對(duì)象識(shí)別單元2被配置為測(cè)量末端執(zhí)行器4上的校準(zhǔn)標(biāo)志13的u和v值。不需要提前已知末端執(zhí)行器4上的校準(zhǔn)標(biāo)志13相對(duì)于工具法蘭21的確切位置T_f。因此，校準(zhǔn)標(biāo)志13不需要永久附接在末端執(zhí)行器4上，但可以為了校準(zhǔn)的目的而臨時(shí)附接，并且校準(zhǔn)標(biāo)志13可以采取可去除貼紙、磁鐵等的形式。在圖1中，校準(zhǔn)標(biāo)志13具有“ABB”貼紙的形式。然而，校準(zhǔn)標(biāo)志13可以具有另一個(gè)外觀。為了執(zhí)行該方法的目的，使用校準(zhǔn)標(biāo)志13的特定點(diǎn)。

基于所識(shí)別對(duì)象的位置，機(jī)器人1被配置為將機(jī)器人臂3中的任意一個(gè)或兩個(gè)移動(dòng)到對(duì)象的位置并對(duì)對(duì)象執(zhí)行工作(諸如拾取、焊接、涂裝、組裝等)。因此，機(jī)器人1和對(duì)象識(shí)別單元2在工作站20處在工作中合作。

為了使得照相機(jī)與機(jī)器人之間能夠合作，必須已知機(jī)器人1的機(jī)器人坐標(biāo)系R_f與對(duì)象識(shí)別單元2的照相機(jī)坐標(biāo)系C_f之間的關(guān)系。因此，必須在工作站20處執(zhí)行工作之前用彼此校準(zhǔn)坐標(biāo)系。應(yīng)理解，校準(zhǔn)可以包括用機(jī)器人坐標(biāo)系R_f和照相機(jī)坐標(biāo)系C_f中的一個(gè)修正機(jī)器人坐標(biāo)系R_f和照相機(jī)坐標(biāo)系C_f中的另一個(gè)。

機(jī)器人系統(tǒng)14還包括具有編程單元17(例如，CPU)的計(jì)算機(jī)單元15和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)16。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)16可以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序P，其中，計(jì)算機(jī)程序P包括被配置為使得計(jì)算機(jī)單元15執(zhí)行根據(jù)該方法的步驟中的任意一個(gè)的校準(zhǔn)方法的計(jì)算機(jī)指令。計(jì)算機(jī)指令由此可以由計(jì)算機(jī)單元15來執(zhí)行，借此將執(zhí)行該方法。

計(jì)算機(jī)單元15例如被配置為產(chǎn)生末端執(zhí)行器4被機(jī)器人臂4移動(dòng)到的多個(gè)姿勢(shì)。姿勢(shì)由此包括末端執(zhí)行器4的方位和位置這兩者。計(jì)算機(jī)單元15還被配置為將校準(zhǔn)標(biāo)志13移動(dòng)至沿著照相機(jī)單元5的同一光線的多個(gè)位置。計(jì)算機(jī)單元15還被配置為協(xié)調(diào)信息處理單元6和機(jī)器人1，使得例如機(jī)器人1的姿勢(shì)與用信息處理單元6進(jìn)行的測(cè)量可以彼此相關(guān)。進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)單元15被配置為進(jìn)行將在下文中描述的計(jì)算等。

計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)8、11、16在這里被圖示為獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，但可以全部被實(shí)施為一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)為永久計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，閃存、RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)或類似物)。進(jìn)一步地，編程單元7、10、17可以被實(shí)施為一個(gè)或若干編程單元。

現(xiàn)在將描述如何可以在不需要照相機(jī)單元5的同時(shí)校準(zhǔn)的情況下校準(zhǔn)機(jī)器人1。其后，當(dāng)已經(jīng)校準(zhǔn)機(jī)器人1時(shí)，可以以比以前更簡(jiǎn)單的方式來校準(zhǔn)照相機(jī)單元5，以使得機(jī)器人1與照相機(jī)單元5能夠合作。為了解釋該方法，現(xiàn)在將對(duì)圖2、圖3以及圖4進(jìn)行參照。

該方法包括數(shù)據(jù)收集部分，其中，將上面貼附有校準(zhǔn)標(biāo)志13的機(jī)器人1的可移動(dòng)部定位于多個(gè)位置中。用測(cè)量部分的目的是從機(jī)器人1獲取可以用于優(yōu)化的數(shù)據(jù)。在已經(jīng)獲取足夠的來自機(jī)器人1的數(shù)據(jù)之后，接著為計(jì)算所校準(zhǔn)機(jī)器人參數(shù)(諸如機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù))的計(jì)算部分。

在進(jìn)行該方法的數(shù)據(jù)收集部分和計(jì)算部分之前，可以執(zhí)行粗略的照相機(jī)校準(zhǔn)，以使照相機(jī)單元5為照相機(jī)單元5的光線22的迭代搜索更好的做準(zhǔn)備。確保對(duì)象識(shí)別單元2可以使校準(zhǔn)標(biāo)志13位于由照相機(jī)單元5取得的圖像中，并且提取標(biāo)志13的u、v位置。標(biāo)志13的u、v位置例如為標(biāo)志13的角落。還可以確保照相機(jī)單元5的焦點(diǎn)和快門被設(shè)置為適當(dāng)值，使得可以在用于校準(zhǔn)中的區(qū)域的圖像中找到標(biāo)志13。

現(xiàn)在將關(guān)于圖4中的流程圖描述數(shù)據(jù)收集部分和計(jì)算部分。

數(shù)據(jù)收集部分

在數(shù)據(jù)收集部分中，機(jī)器人系統(tǒng)14將校準(zhǔn)標(biāo)志13定位于沿著照相機(jī)單元5的光線22的多個(gè)位置中(A1)。機(jī)器人系統(tǒng)14了解光線22的延伸，該光線22可以為照相機(jī)單元5的任意光線22。該光線22可以被確定為從校準(zhǔn)標(biāo)志13在照相機(jī)單元5的視場(chǎng)中的任意第一定位開始。光線22由此為在來自照相機(jī)單元5的視場(chǎng)中從照相機(jī)單元5延伸的直線。如果沿著同一光線22定位某物，則將給出照相機(jī)單元5的圖像平面19上的同一像素讀數(shù)。如果機(jī)器人1不受磨損等影響，則機(jī)器人系統(tǒng)14將校準(zhǔn)標(biāo)志13總是定位在光線22處，如果被指示這樣做的話。但是，因?yàn)闄C(jī)器人1的物理連桿和關(guān)節(jié)不總是對(duì)應(yīng)于機(jī)器人1的未校準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，所以校準(zhǔn)標(biāo)志13將與光線22物理地偏移。因此，在沿著光線22的多個(gè)位置處由照相機(jī)單元5成像校準(zhǔn)標(biāo)志13，以最終在容差內(nèi)建立校準(zhǔn)標(biāo)志13沿著光線22的線位置P₁...P_N。容差可以由操作員來設(shè)置，或由機(jī)器人系統(tǒng)14自動(dòng)設(shè)置。容差為確定最終校準(zhǔn)精確度的一個(gè)參數(shù)。在定位期間，監(jiān)測(cè)機(jī)器人1的關(guān)節(jié)值j₁…j_M(A2)?！癕”為機(jī)器人1的關(guān)節(jié)數(shù)量，或者至少為對(duì)于校準(zhǔn)感興趣的機(jī)器人1的關(guān)節(jié)的至少數(shù)量。

為了進(jìn)一步解釋這一點(diǎn)，對(duì)圖2進(jìn)行參照。在圖2中，圖示了照相機(jī)單元5的圖像平面19。照相機(jī)單元5的每一個(gè)光線沿著圖像平面19的坐標(biāo)系IP_f的軸線u和v具有唯一的測(cè)量值。測(cè)量值通常為像素值。沿著照相機(jī)單元5的同一光線22的各定位然后可以用唯一的像素值來識(shí)別。點(diǎn)13表示校準(zhǔn)標(biāo)志13的位置。當(dāng)被指示這樣做時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)14已經(jīng)嘗試根據(jù)機(jī)器人坐標(biāo)系R_f沿著光線22定位校準(zhǔn)標(biāo)志13。然而，因?yàn)檫@里未校準(zhǔn)機(jī)器人1，所以校準(zhǔn)標(biāo)志13被置于離光線22距離d₁，由此沿著不同的光線23。校準(zhǔn)標(biāo)志13經(jīng)由照相機(jī)單元5中的透鏡18成像在成像平面19中，并且在示例中在照相機(jī)單元5的圖像平面19中被定位為離光線22距離d₂。d₂還被稱為修正矢量。

現(xiàn)在可以執(zhí)行迭代過程，以使得機(jī)器人1沿著光線22定位校準(zhǔn)標(biāo)志13。對(duì)于校準(zhǔn)標(biāo)志13的各新位置，可以計(jì)算修正矢量d₂，以在光線22上正確定位校準(zhǔn)標(biāo)志13。校準(zhǔn)矢量d₂在圖像平面19中具有沿著軸線u和v的二維延伸。為了使誤差最小化，向重新定位校準(zhǔn)標(biāo)志13的機(jī)器人控制器9反饋回修正矢量d₂。為此，將修正矢量d₂轉(zhuǎn)換成機(jī)器人坐標(biāo)系R_f中的修正矢量。由此根據(jù)修正矢量d₂修正機(jī)器人1，并且迭代該過程，直到校準(zhǔn)標(biāo)志13足夠接近光線22為止。照相機(jī)單元5由此可以取得校準(zhǔn)標(biāo)志13的各唯一定位的多個(gè)圖像?！白銐蚪咏痹谶@里意指在容差內(nèi)。當(dāng)校準(zhǔn)標(biāo)志13在容差內(nèi)被定位為沿著光線22時(shí)，校準(zhǔn)位置被稱為校準(zhǔn)標(biāo)志13的“線位置P_k”。

例如，修正矢量可以被計(jì)算為校準(zhǔn)標(biāo)志13’在照相機(jī)單元5的圖像平面19中的位置與照相機(jī)單元5的圖像平面19中的光線22的位置之間的誤差?？梢詫⒄`差與容差進(jìn)行比較，并且可以基于比較的結(jié)果調(diào)整校準(zhǔn)標(biāo)志13的位置，以便建立校準(zhǔn)標(biāo)志13的線位置P_k。如果調(diào)整之后的校準(zhǔn)標(biāo)志13’在容差內(nèi)，則建立線位置P_k(在圖2中為：P₁)。如果調(diào)整之后的校準(zhǔn)標(biāo)志13’不在容差內(nèi)，則計(jì)算新修正矢量或誤差，并且機(jī)器人1重新定位校準(zhǔn)標(biāo)志13，因此降低或去除誤差。

機(jī)器人1將校準(zhǔn)標(biāo)志13定位于足夠接近光線22的多個(gè)線位置P₁…P_N中。對(duì)于線位置P₁…P_N中的至少一些，機(jī)器人1具有唯一的方位。線位置P₁…P_N中的至少一些沿著光線22隔開。機(jī)器人配置(例如，手腕、肘部或肩膀奇點(diǎn)的標(biāo)記)還可以在線位置P₁…P_N中的每一個(gè)或至少一些處改變。機(jī)器人1可以在多個(gè)不同配置中到達(dá)同一位置。對(duì)于具有六個(gè)軸線的關(guān)節(jié)機(jī)器人，通?？梢砸园朔N不同方式到達(dá)同一位置。通過使用不同配置并將來自這些不同配置的關(guān)節(jié)值用于計(jì)算中來將機(jī)器人移動(dòng)至同一位置，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人取得更佳校準(zhǔn)。對(duì)于冗余機(jī)器人(例如，雙臂機(jī)器人)，改變臂角度還可以是有利的。校準(zhǔn)標(biāo)志13的線位置的數(shù)量N根據(jù)一個(gè)實(shí)施例至少為六。

當(dāng)校準(zhǔn)標(biāo)志13處于根據(jù)照相機(jī)單元5在容差內(nèi)處于預(yù)期光線22上的線位置P_k中時(shí)，來自機(jī)器人1的位置讀數(shù)給出因?yàn)樯形葱?zhǔn)機(jī)器人1所以校準(zhǔn)標(biāo)志13處于另一個(gè)位置P’_k中的印象。校準(zhǔn)標(biāo)志13的這些不正確位置指示稱為產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’_k。產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’_k可以在機(jī)器人1的機(jī)器人坐標(biāo)系R_f中表達(dá)。

當(dāng)已經(jīng)建立線位置P_k時(shí)，讀取并記錄機(jī)器人1的對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)值j_m。基于機(jī)器人1的關(guān)節(jié)值j_m和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，可以計(jì)算產(chǎn)生的機(jī)器人位置P’_k。來自數(shù)據(jù)收集部分的輸出為N個(gè)線位置P_k、它們的對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)值j_m以及產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’_k的集合。對(duì)于各線位置P_k，獲取機(jī)器人1的各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)值j_m。由此，如果關(guān)節(jié)的數(shù)量為六，可以對(duì)于各線位置P_k記錄各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)值(由此為六個(gè)值)。這些參數(shù)例如可以保存在計(jì)算機(jī)單元15的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)16中。編程單元17被配置為進(jìn)行這里所述的計(jì)算。

當(dāng)提及將機(jī)器人1移動(dòng)至特定點(diǎn)、位置、方位或姿勢(shì)時(shí)，在這里意指將工具法蘭21移動(dòng)至特定點(diǎn)、位置、方位或姿勢(shì)。

計(jì)算部分

一旦已經(jīng)產(chǎn)生沿著光線22的足夠組測(cè)量結(jié)果，則建立機(jī)器人1的誤差函數(shù)e(A3)。誤差函數(shù)基于產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’_k計(jì)算主線25和各獨(dú)立位置P’_k到主線25的距離。在圖3中，示出了適應(yīng)校準(zhǔn)標(biāo)志13的產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’₁…P’_N的主線25的示例。下面解釋了可以如何計(jì)算適應(yīng)產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’₁…P’_N的主線25和可以如何建立誤差函數(shù)e。

三維空間中的線可以如下描述：

P₀+tv (1)，

其中，P₀＝[x₀,y₀,z₀]為線上的點(diǎn)，v＝[α,β,γ]為線的方向矢量，并且t為標(biāo)量數(shù)。對(duì)于任意點(diǎn)P_n＝[x_n,y_n,z_n]，到由方程(1)描述的線的距離d可以被計(jì)算為：

其中，P₀P_n＝P_n-P₀。

對(duì)于已知位于沿著由P₀和v給定的線的一組產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位

置P’₁…P’_N，我們由此可以計(jì)算誤差函數(shù)e＝e₁,e₂,…,e_n，其中，

各產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’_k到主線25的距離d_k由此可以被視為誤差e_k。作為另選方案，可以建立一組誤差的平均值。

為了識(shí)別校準(zhǔn)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，基于誤差函數(shù)解決優(yōu)化問題(A4)。應(yīng)使誤差函數(shù)e的總誤差最小化，以找到適應(yīng)產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’_k的最佳主線25。為此，誤差函數(shù)被形成為如下：

其中，f為直接運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，j為各產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)器人位置P’_k的關(guān)節(jié)值，并且代表機(jī)器人1的未知運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。未知運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)可以由為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的迪納維特-哈坦伯格參數(shù)來表示。還可以包括未知工具中心點(diǎn)T_tcp，并且然后可以被稱為機(jī)器人1的內(nèi)部參數(shù)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，建立N數(shù)量個(gè)方程f。

誤差可以使用非線性最小二乘優(yōu)化來最小化。比如，高斯牛頓法用于使誤差函數(shù)(4)最小化，這可以通過計(jì)算雅可比行列式來進(jìn)行：

然后可以通過根據(jù)更新運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的初始猜測(cè)來進(jìn)行優(yōu)化。

重復(fù)迭代，直到實(shí)現(xiàn)收斂為止。

優(yōu)化的結(jié)果為一組機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)然后，借助于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)更新機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型(A5)。該方法例如可以用于校準(zhǔn)機(jī)器人1的關(guān)節(jié)偏移。

該方法可以由機(jī)器人1自動(dòng)執(zhí)行，例如由操作員經(jīng)由機(jī)器人用戶界面來發(fā)起。

本發(fā)明不限于上述優(yōu)選實(shí)施例?？梢允褂酶鞣N替代、修改以及等同物。因此，上述實(shí)施例不應(yīng)被認(rèn)為是限制由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍。