CN108297100B - 机械臂参数标定方法、装置和***、机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂参数标定方法、装置和***、机械臂，属于自动化技术领域，方法包括：在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合；在机械臂被控制以右手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；根据第一位置与第二位置之间的距离、第一关节角集合和第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。本发明减小了机械臂参数标定的成本。

Description

机械臂参数标定方法、装置和***、机械臂

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，特别是涉及一种机械臂参数标定方法、装置和***、机械臂。

背景技术

机械臂是指高精度，高速点胶机器手，机械臂是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂***。因其独特的操作灵活性，已在工业装配，安全防爆等领域得到广泛应用。

在使用前，必须对机械臂进行参数标定。然而，发明人发现，目前，针对机械臂的参数标定***包括球标仪，自动经纬仪，三坐标测量机、激光跟踪仪等，这些***虽然精度很高，但是价格昂贵，且需要专业人员操作。

综上所述，传统的机械臂参数标定方式成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对传统的机械臂参数标定方式成本较高的问题，提供一种机械臂参数标定方法、装置和***、机械臂。

一种机械臂参数标定方法，包括以下步骤：

在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合；

在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

一种机械臂参数标定装置，包括：

第一获取模块，用于在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合；

第二获取模块，用于在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

标定模块，用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

一种机械臂参数标定***，包括：

控制器和图像获取装置；

所述图像获取装置用于在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合，并在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

所述控制器用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

一种机械臂，包括所述的机械臂参数标定***。

一种机械臂参数标定***，包括：

相机、控制器和末端工具；

所述末端工具设于机械臂的末端，所述相机设于所述末端工具上方，并用于拍摄所述末端工具，所述相机的输出端与控制器的输入端相连接，所述控制器的输出端与机械臂相连接；

所述控制器用于控制机械臂以左手姿态向目标位置运行，并控制机械臂以右手姿态向目标位置运行；

所述相机用于获取机械臂以左手姿态运行时，所述末端工具实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合，并获取机械臂以右手姿态运行时，所述末端工具实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

所述控制器还用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的机械臂参数标定方法。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的机械臂参数标定方法。

上述机械臂参数标定方法、装置和***、机械臂、计算机可读存储介质以及计算机设备，通过获取机械臂在左手姿态和右手姿态下对应于目标位置的实际运行位置及其对应的关节角对机械臂进行参数标定，可全自动运行，无需人工记录，也无需采用球标仪、自动经纬仪等专用的标定工具，减小了机械臂参数标定的成本。

附图说明

图1为一个实施例的机械臂参数标定方法流程图；

图2为一个实施例的量关节机械臂示意图；

图3为一个实施例的左右手姿态示意图；

图4为一个实施例的机械臂参数标定装置的模块图；

图5为一个实施例的机械臂参数标定***的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或(模块)单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，本发明提供一种机械臂参数标定方法，可包括以下步骤：

S1，在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合；

S2，在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

S3，根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

本发明所称的机械臂可以是指高精度、高速点胶机器手，机械臂是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂***。因其独特的操作灵活性，已在工业装配，安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂一般包括多个关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。常见的机械臂可包括两关节机械臂和三关节机械臂，例如SCARA(SelectiveCompliance Assembly Robot Arm，选择顺应性装配机器手臂)机械臂。为了便于描述，下文均以两关节机械臂为例进行说明。

如图2所示，是一个实施例的两关节机械臂，包括关节1、关节2、连杆1和连杆2，连杆2的末端即机械臂的末端。当连杆1和连杆2处于共线状态时，可将连杆1和连杆2的连线定义为机械臂的零点，如图2中虚线所示。

可以证明，机械臂的正向运动学满足：

式中，x代表笛卡尔空间坐标系下，机械臂末端点的X轴坐标，y代表笛卡尔空间坐标下，机械臂末端点的Y轴坐标，l₁代表连杆1的长度，l₂代表连杆2的长度，θ₁代表关节角1(即第一关节角)的角度，θ₂代表关节角2(即第二关节角)的角度。本实施例中的坐标系可采用机械臂本身的坐标系，该坐标系的原点一般位于机械臂基座。

对应于机械臂的左手姿态和右手姿态，当机械臂处于同一末端点时有两组不同的运动学逆解，即两组不同的θ₁，θ₂。其中，机械臂的左手姿态即为关节2处于零点左侧时机械臂的姿态，步机械臂的右手姿态即为关节2处于零点右侧时机械臂的姿态。左右手姿态的关键特征是关节1，2分别取左，右手姿态对应的θ₁，θ₂，机械臂末端都会处于同一点。如图3所示，图3中的θ_L1和θ_L2分别是机械臂末端处于图3所示位置时，左手姿态下第一关节的关节角和第二关节的关节角(即左手姿态下的θ₁，θ₂)；图3中的θ_R1和θ_R2分别是机械臂末端处于图3所示位置时，右手姿态下第一关节的关节角和第二关节的关节角(即右手姿态下的θ₁，θ₂)。从图3可以看出，θ_L1和θ_R1分别是左手姿态和右手姿态下机械臂末端点与关节1之间的连线与连杆1之间的夹角，θ_L2和θ_R2分别是左手姿态和右手姿态下连杆1的延长线与连杆2之间的夹角。在步骤S1中，第一关节角集合为左手姿态下各个关节的角度的集合，在图3中，第一关节角集合即为{θ_L1，θ_L2}；在步骤S2中，第二关节角集合为右手姿态下各个关节的角度的集合，在图3中，第二关节角集合即为{θ_R1，θ_R2}。

在一个实施例中，为了对机械臂进行参数标定，可以先根据已知的机械臂参数控制机械臂末端分别以左右手姿态向某个预设的目标位置P运行，但由于加工装配以及零点设置不精确等原因，已知的机械臂参数是不准确的，因此，机械臂末端到不了目标位置P，只能分别到达第一位置P_L和第二位置P_R，可根据P_L和P_R及其对应的关节角集合对机械臂进行参数标定。

例如，根据机械臂的正向运动学方程，可构造如下方程：

F＝d-dist；

式中，X_L和Y_L分别为左手姿态下机械臂末端点的第一位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，X_R和Y_R分别为右手姿态下机械臂末端点的第二位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，θ_L1和θ_L2分别是所述第一位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，θ_R1和θ_R2分别是所述第二位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，l₁和l₂分别是第一关节和第二关节的长度，x₁、x₂和x₃分别是l₁、l₂和θ₂的参数补偿值，dist为P_L和P_R之间的距离，dist＝|P_L-P_R|，dist的值可通过测量得到。

可构造如下优化模型：

对上述模型进行求解，得到x₁、x₂和x₃的值，然后，根据x₁、x₂和x₃对机械臂进行参数标定。

进一步地，还可以选取多个目标位置，分别获取机械臂对应于多个目标位置的距离、第一关节角集合和第二关节角集合，并根据对应于多个目标位置的距离、第一关节角集合和第二关节角集合对机械臂进行参数标定。通过采用多组数据进行参数标定，提高了参数标定的精确度。

例如，在步骤S1中，可以在机械臂被控制以左手姿态向各个目标位置{P₁,P₂,L,P_n}运行之后，分别获取机械臂实际到达的各个第一位置{P_L1,P_L2,L,P_Ln}，及分别与各个第一位置对应的第一关节角集合{θ_L1,θ_L2,L,θ_Ln}，其中，第i个第一位置对应的第一关节角集合 和/>分别是第i个第一位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角。在步骤S2中，可以在机械臂被控制以右手姿态向各个目标位置{P₁,P₂,L,P_n}运行之后，分别获取机械臂实际到达的各个第二位置{P_R1,P_R2,L,P_Rn}，及分别与各个第二位置对应的第二关节角集合{θ_R1,θ_R2,L,θ_Rn}，其中，第i个第二位置对应的第二关节角集合 和/>分别是第i个第二位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角。在步骤S3中，可以根据{{dist₁,θ_L1,θ_R1},{dist₂,θ_L2,θ_R2},L,{dist_n,θ_Ln,θ_Rn}}对机械臂进行参数标定，其中，dist_i为第i个第一位置P_Li与第i个第二位置P_Ri之间的距离，n为正整数，表示选定的目标位置的总数，即测量的组数。

在一个具体实施例中，对机械臂进行参数标定时，可以根据对应于多个目标位置的距离建立优化模型；根据对应于多个目标位置的第一关节角集合和第二关节角集合对所述优化模型进行求解，得到机械臂的参数补偿值；根据所述参数补偿值对所述机械臂进行参数标定。

例如，根据机械臂的正向运动学方程，可构造如下方程：

F_i＝d_i-dist_i；

式中，X_Li和Y_Li分别为左手姿态下机械臂末端点的第i个第一位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，X_Ri和Y_Ri分别为右手姿态下机械臂末端点的第i个第二位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，和/>分别是第i个第一位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，/>和/>分别是第i个第二位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，l₁和l₂分别是第一关节和第二关节的长度，x₁、x₂和x₃分别是l₁、l₂和θ₂的参数补偿值，dist_i为P_Li和P_Ri之间的距离。

从而，可以得到向量：f＝[F₁,L,F_i,L,F_n],i＝1,L,n，根据该向量构造如下优化模型：

T表示矩阵转置操作。对上述模型进行求解，可以得到各个参数补偿值，进而根据所述参数补偿值对所述机械臂进行参数标定。其中，求解方式包括但不限于梯度下降法，牛顿-欧拉法或者Levenberg-Marquard算法中的任意一种。

在一个实施例中，可采用相机来获取机械臂的位置，并根据以下操作方式来对机械臂进行参数标定：

(1)控制机械臂以左手姿态向一点P运行。记录此时关节1和关节2的角度(θ_L1,θ_L2)，以及在相机坐标系下的位置(X_L,Y_L)。

(2)计算P点对应的右手姿态对应的关节1和关节2的角度，并以右手姿态向该点运行。记录此时关节1和关节2的角度(θ_R1,θ_R2)，以及在相机坐标系下的位置(X_R,Y_R)。

(3)由(X_L,Y_L)和(X_R,Y_R)计算dist的值：

其中，dist1是在相机坐标系下(X_L,Y_L)和(X_R,Y_R)两个点之间的距离，与机械臂坐标系下的数值相同。

(4)构造F：

F＝d-dist。

(5)重复(1)-(4)，记录多组数据，构造向量f＝[F₁,L,F_i,L,F_n],i＝1,L,n。

(6)求解优化模型，得到l₁、l₂和θ₂的参数补偿值x₁、x₂和x₃：

(7)将x₁、x₂和x₃写回机械臂的控制器，完成参数标定。

本发明的机械臂参数标定方法具有以下优点：

(1)无需球标仪，自动经纬仪，三坐标测量机、激光跟踪仪等专用标定仪器，节约成本。

(2)本发明的原理简单，不需要求解相机坐标系与机械臂坐标系的转换关系，构造的优化模型易于求解。

(3)本发明经过编程实现后，可全自动运行，无需要人工记录，处理数据，操作简单，易于推广应用。

如图4所示，本发明还提供一种机械臂参数标定装置，可包括：

第一获取模块110，用于在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合；

第二获取模块120，用于在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

标定模块130，用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

本发明的机械臂参数标定***与本发明的机械臂参数标定方法一一对应，在上述机械臂参数标定方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于机械臂参数标定***的实施例中，特此声明。

本发明的机械臂参数标定装置具有以下优点：

(1)无需球标仪，自动经纬仪，三坐标测量机、激光跟踪仪等专用标定仪器，节约成本。

(2)本发明的原理简单，不需要求解相机坐标系与机械臂坐标系的转换关系，构造的优化模型易于求解。

(3)本发明经过编程实现后，可全自动运行，无需要人工记录，处理数据，操作简单，易于推广应用。

如图5所示，本发明还提供一种机械臂参数标定***，可包括：

控制器210和图像获取装置220；

所述图像获取装置220用于在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合，并在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

所述控制器210用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

控制机械臂以左手姿态向目标位置运行和控制机械臂以右手姿态向目标位置运行的过程可以预先执行并存储，本实施例可以直接采用预存的数据。其中，预先执行的这两个步骤可以由控制器210执行，也可以由其他控制装置执行。

在一个实施例中，图像获取装置220可采用照相机。在另一个实施例中，为了便于拍摄机械臂末端的位置以及机械臂的姿态，可在机械臂末端设置末端工具230，通过图像获取装置拍摄所述末端工具230的位置和姿态，并根据所述末端工具230的位置和姿态获取机械臂末端的位置和姿态。进一步地，还可以在末端工具230上设置标记240，通过拍摄末端标记240的位置可以计算出dist，假设机械臂末端以左手姿态到达位置P_L时末端工具上标记的位置为P_L'，机械臂末端以右手姿态到达位置P_R时末端工具上标记的位置为P_R'，则dist1＝|P_L'-P_R'|。可以理解dist＝dist1，从而可以计算出dist。通过拍摄标记240的位置来计算机械臂末端在不同姿态下的距离，可以防止机械臂末端被机械臂本身遮挡。可选地，可采用与末端工具230的颜色差别较大的标记240，或者可采用几何特征是规则形状的标记240(例如，矩形、圆形等)，也可以采用同时满足上述两个条件的标记240。与末端工具230颜色差别较大，则可以便于图像获取装置捕获到标记240；采用几何特征是规则形状的标记240，便于求解几何中心。

在一个实施例中，控制器210为了对机械臂进行参数标定，可以先根据已知的机械臂参数控制机械臂末端分别以左右手姿态到达某个预设的目标位置P，在一个实施例中，该步骤可由控制器执行。但由于加工装配以及零点设置不精确等原因，已知的机械臂参数是不准确的，因此，机械臂末端到不了目标位置P，只能分别到达第一位置P_L和第二位置P_R，可根据P_L和P_R及其对应的关节角集合对机械臂进行参数标定。

例如，根据机械臂的正向运动学方程，可构造如下方程：

F＝d-dist；

式中，X_L和Y_L分别为左手姿态下机械臂末端点的第一位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，X_R和Y_R分别为右手姿态下机械臂末端点的第二位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，θ_L1和θ_L2分别是所述第一位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，θ_R1和θ_R2分别是所述第二位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，l₁和l₂分别是第一关节和第二关节的长度，x₁、x₂和x₃分别是l₁、l₂和θ₂的参数补偿值，dist为P_L和P_R之间的距离，dist＝|P_L-P_R|，dist的值可通过测量得到。

可构造如下优化模型：

对上述模型进行求解，得到x₁、x₂和x₃的值，然后，根据x₁、x₂和x₃对机械臂进行参数标定。

进一步地，还可以选取多个目标位置，通过图像获取装置220分别获取机械臂对应于多个目标位置的距离、第一关节角集合和第二关节角集合，并根据对应于多个目标位置的距离、第一关节角集合和第二关节角集合对机械臂进行参数标定。通过采用多组数据进行参数标定，提高了参数标定的精确度。

例如，图像获取装置220可以在机械臂经配置以左手姿态向各个目标位置{P₁,P₂,L,P_n}运行之后，分别获取机械臂实际到达的各个第一位置{P_L1,P_L2,L,P_Ln}，及分别与各个第一位置对应的第一关节角集合{θ_L1,θ_L2,L,θ_Ln}，其中，第i个第一位置对应的第一关节角集合 和/>分别是第i个第一位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角。还可以在机械臂经配置以右手姿态向各个目标位置{P₁,P₂,L,P_n}运行之后，分别获取机械臂实际到达的各个第二位置{P_R1,P_R2,L,P_Rn}，及分别与各个第二位置对应的第二关节角集合{θ_R1,θ_R2,L,θ_Rn}，其中，第i个第二位置对应的第二关节角集合 和/>分别是第i个第二位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角。在步骤S3中，可以根据{{dist₁,θ_L1,θ_R1},{dist₂,θ_L2,θ_R2},L,{dist_n,θ_Ln,θ_Rn}}对机械臂进行参数标定，其中，dist_i为第i个第一位置P_Li与第i个第二位置P_Ri之间的距离，n为正整数，表示选定的目标位置的总数，即测量的组数。

在一个具体实施例中，控制器210对机械臂进行参数标定时，可以根据对应于多个目标位置的距离建立优化模型；根据对应于多个目标位置的第一关节角集合和第二关节角集合对所述优化模型进行求解，得到机械臂的参数补偿值；根据所述参数补偿值对所述机械臂进行参数标定。

例如，根据机械臂的正向运动学方程，可构造如下方程：

F_i＝d_i-dist_i；

式中，X_Li和Y_Li分别为左手姿态下机械臂末端点的第i个第一位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，X_Ri和Y_Ri分别为右手姿态下机械臂末端点的第i个第二位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，和/>分别是第i个第一位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，/>和/>分别是第i个第二位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，l₁和l₂分别是第一关节和第二关节的长度，x₁、x₂和x₃分别是l₁、l₂和θ₂的参数补偿值，dist_i为P_Li和P_Ri之间的距离。

从而，可以得到向量：f＝[F₁,L,F_i,L,F_n],i＝1,L,n，根据该向量构造如下优化模型：

T表示矩阵转置操作。控制器210对上述模型进行求解，可以得到各个参数补偿值，进而根据所述参数补偿值对所述机械臂进行参数标定。其中，求解方式包括但不限于梯度下降法，牛顿-欧拉法或者Levenberg-Marquard算法中的任意一种。

上述实施例利用图像获取装置测量标记点在机械臂左手姿态和右手姿态时的距离差，以及机械臂在左手姿态和右手姿态时的关节1和关节2的角度。经过多次测量，将标定问题转换为最小二乘优化问题，降低了计算复杂度。

本发明的机械臂参数标定***具有以下优点：

(1)与球标仪，自动经纬仪，三坐标测量机、激光跟踪仪等标定方案比较，本方案的硬件结构简单，价格低，节约成本。

(2)本方案的原理简单，不需要求解相机坐标系与机械臂坐标系的转换关系，构造的最小二乘优化问题，易于求解。

(3)本方案经过编程实现后，可全自动运行，无需要人工记录，处理数据，操作简单，易于推广应用。

进一步地，本发明实施例还提供一种机械臂，包括上述任意实施例中的机械臂参数标定***。

在一个实施例中，本发明还提供一种机械臂参数标定***，可包括：

相机、控制器和末端工具；

所述末端工具设于机械臂的末端，所述相机设于所述末端工具上方，并用于拍摄所述末端工具，所述相机的输出端与控制器的输入端相连接，所述控制器的输出端与机械臂相连接；

所述控制器用于控制机械臂以左手姿态向目标位置运行，并控制机械臂以右手姿态向目标位置运行；

所述相机用于获取机械臂以左手姿态运行时，所述末端工具实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合，并获取机械臂以右手姿态运行时，所述末端工具实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；

所述控制器还用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

其中，末端工具上可以设置一标记。通过拍摄标记的位置来计算机械臂末端在不同姿态下的距离，可以防止机械臂末端被机械臂本身遮挡。进一步地，可采用与末端工具的颜色差别较大的标记，或者可采用几何特征是规则形状的标记(例如，矩形、圆形等)，也可以采用同时满足上述两个条件的标记。与末端工具颜色差别较大，则可以便于图像获取装置捕获到标记；采用几何特征是规则形状的标记，便于求解几何中心。

控制器进行参数标定的方式与上述机械臂参数标定方法实施例中的参数标定方式相同，此处不再赘述。

进一步地，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现上述任意一实施例中的机械臂参数标定方法。

进一步地，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述任意一实施例中的机械臂参数标定方法。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种机械臂参数标定方法，其特征在于，所述机械臂包括两关节机械臂和三关节机械臂，所述方法包括以下步骤：

在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合；第一关节角集合为左手姿态下各个关节的角度的集合；

在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；第二关节角集合为右手姿态下各个关节的角度的集合；所述第一位置、第一关节角集合、第二位置以及第二关节角集合通过设置于机械臂的末端工具上方的相机获取，所述机械臂的末端工具采用几何特征是规则形状的标记；对应于机械臂的左手姿态和右手姿态，当机械臂处于同一末端点时有两组不同的运动学逆解；

根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定；该步骤包括：

根据正向运动学方程，通过所述第一位置的横坐标和纵坐标、所述第二位置的横坐标和纵坐标、所述第一关节角集合、所述第二关节角集合、第一关节的长度、第二关节的长度、参数补偿值、所述第一位置与第二位置之间的距离，建立优化模型；所述优化模型为解决最小二乘优化问题的模型；所述参数补偿值为对所述第一关节的长度、所述第二关节的长度和所述第二关节角集合进行补偿的值；

对所述优化模型进行求解，得到所述参数补偿值；

根据所述参数补偿值，对所述机械臂进行参数标定。

2.根据权利要求1所述的机械臂参数标定方法，其特征在于，根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定的步骤包括：

分别获取所述机械臂对应于多个目标位置的距离、第一关节角集合和第二关节角集合；

根据对应于多个目标位置的距离、第一关节角集合和第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定。

3.根据权利要求2所述的机械臂参数标定方法，其特征在于，根据对应于多个目标位置的距离、第一关节角集合和第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定的步骤包括：

根据对应于多个目标位置的距离建立优化模型；

根据对应于多个目标位置的第一关节角集合和第二关节角集合对所述优化模型进行求解，得到机械臂的参数补偿值；

根据所述参数补偿值对所述机械臂进行参数标定。

4.根据权利要求3所述的机械臂参数标定方法，其特征在于，所述优化模型为：

其中，F_i＝d_i-dist_i；

式中，X_Li和Y_Li分别为左手姿态下机械臂末端点的第i个第一位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，X_Ri和Y_Ri分别为右手姿态下机械臂末端点的第i个第二位置在笛卡空间尔坐标系中的横坐标和纵坐标，和/>分别是第i个第一位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，/>和/>分别是第i个第二位置对应的第一关节的关节角和第二关节的关节角，l₁和l₂分别是第一关节和第二关节的长度，x₁、x₂和x₃分别是l₁、l₂和θ₂的参数补偿值，dist_i为第i个第一位置和第i个第二位置对应的标识位之间的间隔。

5.一种机械臂参数标定装置，其特征在于，所述机械臂包括两关节机械臂和三关节机械臂，所述装置包括：

第一获取模块，用于在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合；第一关节角集合为左手姿态下各个关节的角度的集合；

第二获取模块，用于在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；第二关节角集合为右手姿态下各个关节的角度的集合；所述第一位置、第一关节角集合、第二位置以及第二关节角集合通过设置于机械臂的末端工具上方的相机获取，所述机械臂的末端工具采用几何特征是规则形状的标记；对应于机械臂的左手姿态和右手姿态，当机械臂处于同一末端点时有两组不同的运动学逆解；

标定模块，用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定；

所述标定模块，还用于根据正向运动学方程，通过所述第一位置的横坐标和纵坐标、所述第二位置的横坐标和纵坐标、所述第一关节角集合、所述第二关节角集合、第一关节的长度、第二关节的长度、参数补偿值、所述第一位置与第二位置之间的距离，建立优化模型；所述优化模型为解决最小二乘优化问题的模型；所述参数补偿值为对所述第一关节的长度、所述第二关节的长度和所述第二关节角集合进行补偿的值，对所述优化模型进行求解，得到所述参数补偿值，根据所述参数补偿值，对所述机械臂进行参数标定。

6.一种机械臂参数标定***，其特征在于，所述机械臂包括两关节机械臂和三关节机械臂，所述***包括：

控制器和图像获取装置；

所述图像获取装置用于在机械臂被控制以左手姿态向目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合，并在所述机械臂被控制以右手姿态向所述目标位置运行之后，获取机械臂实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；第一关节角集合为左手姿态下各个关节的角度的集合；第二关节角集合为右手姿态下各个关节的角度的集合；所述第一位置、第一关节角集合、第二位置以及第二关节角集合通过设置于机械臂的末端工具上方的相机获取，所述机械臂的末端工具采用几何特征是规则形状的标记；对应于机械臂的左手姿态和右手姿态，当机械臂处于同一末端点时有两组不同的运动学逆解；

所述控制器用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定；

所述控制器还用于根据正向运动学方程，通过所述第一位置的横坐标和纵坐标、所述第二位置的横坐标和纵坐标、所述第一关节角集合、所述第二关节角集合、第一关节的长度、第二关节的长度、参数补偿值、所述第一位置与第二位置之间的距离，建立优化模型；所述优化模型为解决最小二乘优化问题的模型；所述参数补偿值为对所述第一关节的长度、所述第二关节的长度和所述第二关节角集合进行补偿的值，对所述优化模型进行求解，得到所述参数补偿值，根据所述参数补偿值，对所述机械臂进行参数标定。

7.根据权利要求6所述的机械臂参数标定***，其特征在于，还包括：

设于机械臂末端的末端工具；

所述图像获取装置用于拍摄所述末端工具的位置和姿态，并根据所述末端工具的位置和姿态获取机械臂末端的位置和姿态。

8.根据权利要求7所述的机械臂参数标定***，其特征在于，所述末端工具上设有标记。

9.根据权利要求8所述的机械臂参数标定***，其特征在于，所述标记的颜色与所述末端工具的颜色差别较大。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的机械臂参数标定***，其特征在于，所述控制器还用于分别控制机械臂以左手姿态和右手姿态到达所述目标位置。

11.一种机械臂，其特征在于，包括权利要求6至10任意一项所述的机械臂参数标定***。

12.一种机械臂参数标定***，其特征在于，所述机械臂包括两关节机械臂和三关节机械臂，所述***包括：

相机、控制器和末端工具；

所述末端工具设于机械臂的末端，所述相机设于所述末端工具上方，并用于拍摄所述末端工具，所述相机的输出端与控制器的输入端相连接，所述控制器的输出端与机械臂相连接；

所述控制器用于控制机械臂以左手姿态向目标位置运行，并控制机械臂以右手姿态向目标位置运行；

所述相机用于获取机械臂以左手姿态运行时，所述末端工具实际到达的第一位置及其对应的第一关节角集合，并获取机械臂以右手姿态运行时，所述末端工具实际到达的第二位置及其对应的第二关节角集合；第一关节角集合为左手姿态下各个关节的角度的集合；第二关节角集合为右手姿态下各个关节的角度的集合；所述机械臂的末端工具采用几何特征是规则形状的标记；对应于机械臂的左手姿态和右手姿态，当机械臂处于同一末端点时有两组不同的运动学逆解；

所述控制器还用于根据所述第一位置与第二位置之间的距离、所述第一关节角集合和所述第二关节角集合对所述机械臂进行参数标定；

所述控制器还用于根据正向运动学方程，通过所述第一位置的横坐标和纵坐标、所述第二位置的横坐标和纵坐标、所述第一关节角集合、所述第二关节角集合、第一关节的长度、第二关节的长度、参数补偿值、所述第一位置与第二位置之间的距离，建立优化模型；所述优化模型为解决最小二乘优化问题的模型；所述参数补偿值为对所述第一关节的长度、所述第二关节的长度和所述第二关节角集合进行补偿的值，对所述优化模型进行求解，得到所述参数补偿值，根据所述参数补偿值，对所述机械臂进行参数标定。

13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4任意一项所述的机械臂参数标定方法。

14.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至4任意一项所述的机械臂参数标定方法。