上 就 保 持 不 变 ， 为机 器 人 基 础 坐 标 系到 装 置 坐
参 数 的 测量 误 差 模 型 ，采 用 遗 传 算 法 去 求 解 最 优 的 模 型 参 数 ，从 而 达 到 精 确 校 准 ，可 以满 足 工 业
机 器人 实 际生产 的 要求 。
１ 工业机器人测量系统工作原理
务ｌ 訇 似 造
工业机器 人视 觉测量的优化校准
Ｏ ｐｔ ｍ ａＩｃａｌｂｒ ｉ ｏｂｏｔｖｉ ｉ ｌ ａｔ ｏｎ ｏｆ ｒ ｓｕａｌｍ ｅａｓｕｒ ｅｍ ｅｎｔ ｓｙ ｅｍ ｓｔ
刘
丹
Ｌ Ｕ Ｄａ Ｉ ｎ
（ 湖南商务职业技术学院 。 沙 ４ ０ ０ ） 长 １２ ５
２ ３
４ ５ ６
ｙ ｙ
Ｘ Ｚ 、 Ｘ、 Ｚ Ｘ、 Ｚ
ａｌ ２ ｂ ，ａ ， ２ ａ ，ｂ２ ２
ａ，ａ ， ３ ４ ａ ，ａ ， ４ ５ ａ ，ａ ， ４ ５
＋
ｌ （。 ） － ＋ Ｉ法 ３ ）
式 （ ） ， 为被测点 Ｐ在视觉传感器测量 １中 坐 标 系 下 的 坐 标 值 ； 为 机 器 人 手 眼关 系 ， 即机
器 人 末 端 关 节坐 标 系到 视 觉传 感 器 测 量 坐 标 系 的 齐 次 坐 标 变 换 关 系 ，一 旦 传 感 器 安 装 到 末 端 关 节
Ｘ
可 能 变 化 的 模 型 参 数
口１
化 和 关节 松 动变 形 的影 响 。
２ 机器人视觉定位误差模型
采 用 Ｄ— 模 型 对 机 器人 进行 分 析 ，假设 每 Ｈ 个 关 节 都 存 在 连 杆 参 数 偏 差 ，那 么 传 感 器 坐 标 系
相对 于机 器 人基 础 坐标 系 的变换 为
关键词 ： 工业机器人 ；视觉测量 ；温度漂移 ；遗传算法 中图分 类号 ：Ｔ ４ Ｐ２ １ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ －０ ３ （ ０ １ ５ 下） ０ ５ ０ ０ ９ １ ４ ２ １ ） （ －０ ３ — ３
Ｄｏ： ．９ ９ ｊｉｓ １ ０ － １ ４ ２ １ ．（ ） １ ｉ １ ３ ６ ／ ． ｎ．０ ９ ０ ． ０ １ ５下 ．１ ０ ｓ ３
标 系 的齐 次 坐 标 变 换 关 系 ，工 位 安 装 完 成 后 同样 为 定 值 ， 为 机 器 人 末 端 关 节 坐 标 系 到 机 器 人 基 础 坐标 系 的齐次 坐 标变换 关 系 ，即
Ⅳ
ｌ ～ － ［
ｌ
（） ２
、
收稿 日ｌ：２ １－ ２ ２ ００ １－ ５ 作者筒介：刘丹 （９６ ， 湖南长沙人 ， １７ 一） 男， 高级技 师， 硕士 ， 主要从事工业 自动化 、 视觉测量与控 制等 教学 与研究工作 。
图 ｌ 应 用 于 工 业 机 器 人 的 测 量 系 统 工 作 原 为 理 示 意 图。 图 中共 存 在 ４个 坐 标 系 ，分 别 为 机 器 人基 础 坐 标 系 Ｄ ｘ 、机 器人 末 端 关 节坐 标 系 Ｒ Ｙ Ｄ ｝ 、工 件 坐 标 系 Ｄ ｙｚ ｗ Ⅳ和 视 觉 传 感 器
灵 活 的优 点 ，可 以 解决 传 统 三 坐标 测量 机 对 盲 孔 、
深 孔 等 的 测 量 难 题 ，也 可 以 克服 接触 式 测 量头 对 复 杂 工 件 的 干 涉 ，在 先 进 制造 业 中得 到 了 逐渐 推
广 和 应 用 。 实 际 的 工 业 现 场 环 境 复 杂 ，多种 因 素 都 有可 能导 致 系统 在运 行过 程 中产 生一 定 的 偏差 、
第３卷 第５ ２ １－ （ Ｉ５ ３ 期 ０１ ５下） ３ｌ
ｌ
式 （ ）中的 Ａ ２ 表 示 ｉ１ 标 系到 ｉ 标 系 的 一坐 坐 齐 次 坐 标 变 换 矩 阵 ，在 测 量 过 程 中会 受 到 温 度变
訇 似
表 １ 机器人视 觉测量误差模型
关节
１
显 著 变化 坐 标
测 量 精 度 降 低 ， 引起 误 差 的原 因主 要 有温 度漂 移
图 １ 测 量 系统 工 作 原 理
和 关 节松 动 变 形 等 ，使 测量 模 型 的参 数 值 改变 从
而导 致 定 位 误 差增 大 ， 因此 需 要 定 期 对 工 业 机 器 人 视 觉 测 量 系统 进 行精 确 的 校 准 ，从 而 实现 精 确 定位 和视 觉 测 量 。 目前 ， 国 内外 关 于 该 领 域 的研 究还 比较 少 ，也 没 有 解 决 好 工 业 机 器 人 视 觉 测 量
０ 引言
在 先 进 自动 化 生 产 过程 中 ，工 业 机 器 人 视 觉
测 量 系 统 对 关 键 尺 寸 进 行 在 线 实 时 监 测 ，及 时 调
整 动 作 幅 度 和 角 度 ，可 有 效 控 制 产 品 质 量 的 稳 定 性ｕ 。 由于 结合 了非 接 触 测量 方 式 和机 器 人 运 动
坐标 系 Ｄ ｙｚ 。 ｃ ｃ
视 觉 测 量 结 果 为 被 测 点 Ｐ在 工 件 坐 标 系
Ｄ 下 的坐 标 尸 ，即 ｗ １
Ｐ ＝Ａ × × Ｘ 刍 Ｒ
（） １
的精 确 校 准难 题 。 本 文 对 工 业 机 器 人 的 视 觉 测 量
误 差 模 型 进行 了相 关 研 究 ，建 立 了针 对 显 著 变 化
摘 要：在自动化生产线上应用的机器人，现在较多采用视觉测量系统对关键尺寸在线实时监测。由 于现场环境复杂 ，多种因素导致设备在运行过程中测量精度降低，其中主要有温度漂移、关 节松动变 形。本 文提出 了一种优化校准 方法 ，首 先根据机器 人的Ｄ Ｈ 向运动学模 型和微分 —正 运动学模型建立末端关节坐标系的定位误差模型 ，然后利用遗传算法选择最优的参数值，从 而实现了精确校准 。仿真实验表明 ，该方法 能大大减小 视觉测量误差。