(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210972965.1 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 上海钊晟传感技 术有限公司 地址 200240 上海市闵行区剑川路951号 零 号湾三号楼N3210室 (72)发明人 赵辉　吕娜　 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 19/00(2006.01) (54)发明名称 一种嵌入式机器人在线自校准系统与调校 方法 (57)摘要 本发明提出一种嵌入式机器人在线自校准 系统， 该系统采用双目立体视觉系统安装于机器 人本体之上， 将特制的主动式靶 标安置于机器人 末端并随机器人一同移动， 控制器控制主动靶 标 点亮与关闭， 通过双目立体视觉原理获得机器人 末端 （夹具/工具） 的三维位置坐标及轨迹， 并将 结果直接传入机器人控制器 之中， 对末端位置偏 差进行自动补偿校准， 从而形成全闭环控制。 该 技术方案 具有范围大、 非接触、 高精度、 在线实时 校准、 自动话自校准的特点， 而且系统组成简单、 成本低、 集成性好、 组装调试方便、 可长期稳定可 靠工作。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115319743 A 2022.11.11 CN 115319743 A 1.一种嵌入式机器人在线自校准系统， 其特征在于： 所述的校准系统 由测量主机、 主动 靶标和控制器三个部分组成， 其中： 所述的测量主机固定安装于机器人本体的基座之上， 测量主机 内置有双目立体视觉传 感器， 并受控制器控制进行图像同步采集工作； 所述的主动靶标固定安装于机器人本体的末端， 并随机器人一同移动， 主动靶标内置 有发光光源， 并受控制器控制点亮或者关闭； 所述的控制器安置于机器人附近， 通过电缆与测量主机和主动靶标相连， 对测量主机 和主动靶标进行控制， 并将检测结果传输 到机器人控制器中进行 校准。 2.根据权利要求1所述的校准系统， 其特征还在于： 所述的测量主机由相机、 镜头、 滤光 片、 接口插座和外壳组成， 其中： 所述的相机为工业级相机， 共有两个， 分列于测量主机内部的两侧、 对称布置， 两个相 机的光轴可以平行或者与对称轴呈一定角度； 所述的镜 头为工业级镜 头， 共有两个， 分别安装于左右两个相机之上； 所述的滤光片共有两个， 为窄带滤光片， 其中心波长与主动靶标光源的中心波长一致； 两个滤光片分别安装于 外壳之上、 两个镜 头之前的位置； 所述的接口插座 为工业级通用插座， 将两个相机与控制器相连； 所述的外 壳为轻质金属材料制作， 一方面固定两个相机与镜头， 另一方面起到密封、 防 尘防水的作用， 同时还起到将测量主机可靠固定 到机器人本体之上的作用。 3.根据权利要求1所述的校准系统， 其特征还在于， 所述的主动靶标由球形罩、 光源和 支架组成， 其中： 所述的球形罩 为半透明材质制成的球形物体， 用于校准机器人末端三维位置之用； 所述的光源为窄带光源， 由控制器进行控制打开或者关闭； 光源既可以是可见光光源， 也可以是红外光源； 所述的支 架用于将球形罩固定 于机器人本体的末端， 并随末端一同移动。 4.根据权利要求1所述的校准系统， 其特征还在于， 所述的控制器为工业级一体式无风 扇工控机， 前端与测量主机和主动靶标相连、 分别控制相机与光源， 后端与机器人控制器相 连、 传输数据与指令 。 5.本发明提出一种对上述校准系统的调校 方法， 具体过程如下： 将测量主机固定安装于 机器人本体 基座之上， 主动靶标固定安装于 机器人末端； 机器人带动主动靶标到达机器人工作空间范围内的多个不同位置， 测量主机获取主动 靶标图像数据， 控制器 计算得到主动靶标中心点的三维空间坐标测量 值； 采用第三方大范围、 高精度三维检测系统同步对主动靶标中心点的三维位置坐标进行 检测， 同步得到主动靶标的三维坐标 标准值； 计算主动靶标中心点三维空间坐标的测量值与 标准值的偏差值， 并作为修正值存入控 制器之中， 以供机器人实际测量过程中进行补偿与修 正。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115319743 A 2一种嵌入式机 器人在线自校准系统与调校方 法 技术领域 [0001]本发明涉及的是一种机器人校准系统， 具体是一种嵌入式机器人在线自校准系统 与调校方法。 背景技术 [0002]工业机器人的运动 精度对于它在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。 在工 业机器人的制造生产中需要对组装好的机器人进 行重复度和准确度检测， 在工业机器人的 使用过程之中也需要经常性地对机器人末端的位置精度进行测试与  校准。 而机器人末端 执行器位置参数 （TCP） 校准及轨迹校准是机器人离线编程及机器人末端工具误差校正的基 础， 研究快速、 准确的校准方法对保证工业现场环境下机器人系统顺利正常工作至关重要。 [0003]目前工业机器人 校准方法主 要有以下几种： （1） 激光跟踪法： 这是目前大部分的工业机器人生产商与应用商所采用的校准方 法， 在机器人末端安装反射镜， 讲激光跟踪仪置于机器人附近并对转反射镜， 利用激光跟踪 仪实时测 量机器人末端的三维空间坐标,由此实现机器人末端三维坐标的校准。 该方法的 优势在于非接触、 精度高、 测量范围大 （上百米） 、 通用性 强。 但是， 这种方法也存在着操作复 杂、 校准效率低、 调试检测速度 慢、 生产线停机时间长、 容易因遮光而产生中 断等问题， 而且 对检测人员专业技能要求也很高， 特别是整套成本高昂 （百万以上） ， 并不适合工业机器人 大批量生产与应用的在线校准需求， 仅用于周期间隔性的离线校准。 [0004]（2） 拉绳法： 这种方法采用3～4个拉绳传感器置于机器人附近， 由机器人末端 拉动 所有绳的公共端并移动， 由此实现对机器人末端空间三维坐标进行实时测量与校准。 采用 拉绳传感器组成的校准系统具有成本低 （约30万） 、 适用性广的优点。 但是， 该方法术语接触 时测量， 组装调试费时费力、 效能差、 停机时间长， 而且校准精度较低， 因此使用也受到限 制。 [0005]（3） 双目立体视觉法： 部分学者和厂商提出了基于双目立体视觉的校准方法， 将双 目立体视觉探头安装于机器人末端， 在机器人附近某个位置安装特殊形状的检测器 （例如 球形靶标） ， 通过对检测器进 行检测来实现机器人末端三 维坐标的在线 校准。 该方法具有非 接触、 成本低、 通用性 强的特点， 而且 可以实现在线 校准等优势。 但是， 由于机器人工作现场 存在大量的形状类似的目标和各种干扰因素 （强光、 电磁场等） ， 非常容易误读误判， 导致 失 效。 因此， 该方法通常只能对某个固定点局部区域被进行TCP校准， 大范围轨迹校准的精度 较低。 [0006]上述各种校准方法， 所形成的仪器设备均置于机器人各工作空间的某处， 与机器 人相对独立， 关联性小， 集 成性差。 因此， 使用过程中不可避免的存在调整周期 长、 工作效率 低、 需要人工介入操作事务多等弊端。 因此， 市场需要一种可嵌入机器人系统之中的自校准 系统， 而且精度高、 成本低、 集成性 好、 通用性强。说　明　书 1/5 页 3 CN 115319743 A 3